（机械工程专业论文）牵引整流柜均流试验台及微机检测系统.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 牵引整流柜是电传动内燃机车的主电路的的整流设备。它将同步主发电 机发出的三相交流电整流转换成脉动直流电，供给机车牵引电动机使用。牵 引整流柜一般采用三相桥式全波整流电路。由于同型号、同规格的整流元件 个体特性并非完全一致，所以在并联使用时，各元件所承担的电流大小会有 所不同，这样就会出现电流分配不均匀的情况。这种电流不均匀度容易造成 整流元件的损坏，影响机车的正常牵引运用。牵引整流柜均流试验难是为了 检测其各个桥臂并联支路整流元件的电流分配情况而设立的检验项目。“均流 系数”是用来验证各桥臂整流元件电流分配的均匀度的重要参数。 以前国内铁路机车检修企业的均流试验检测系统多采用普通分流器作为 各桥臂并联支路及总电流的检测元件，使用指针式电流表，依靠人工读数计 算均流系数的方法。此种结构生产效率低、系统抗干扰性差，均流系数的准 确性低，不能很好地保证牵引整流柜的可靠性。1 9 9 7 年以来，随着我国铁路 机车技术的发展，特别是“高速重载”机车的开发运用，牵引整流柜的型式 和整流元件的规格出现多样化的发展趋势。牵引整流柜整流元件组合形式由 传统的6 臂x 6 并组合方式发展到6 臂x 4 并、6 臂2 并等多种组合方式， 形成了牵引整流装置的多元化发展。因而对牵引整流柜均流系数检测的准确 性、可靠性提出了更高的要求。目前所采用的牵引整流柜均流试验设备缺乏 必要的兼容性，无法满足铁路跨越式发展的需要，给机车检修企业提出了新 的课题。 本课题提出了以高精度霍尔传感器作为支路电流和总电流的检测元件， 使用工业计算机为核心，利用处理分析软件构建一个实时数据采集处理系统， 从而形成一个以提高系统准确性、抗干扰性和生产效率的系统解决方案。通 过对目前铁路行业典型机车牵引整流柜的参数进行分析。归纳出一种合理的 试验形式，运用模块化设计，突出柔性设备的特征，增强系统灵活性，以解 决多型式牵引整流柜均流试验的兼容性问题，在必要时只需适当更改软件即 可实现对不同车型的功能扩展。 本课题将微机自动控制和实时数据采集应用到铁路行, j k n 生产一线，解 决了新时期机车检修企业面临的问题，为计算机技术向专业领域生产现场的 普及进行了有益的实践，提高了行业科技含量和市场竞争能力。 关键词：整流柜均流试验 数据采集模数转换器输入输出 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t t h et r a c t i o np o w e rr e c t i f i e ri st h ek e ye q u i p m e n ti nt h ec i r c u i to fd i e s e l l o c o m o t i v ew i t he l e c t r i ct r a n s m i s s i o n g e n e r a l l y , t h er e c t i f i e rh a st h ef u n c t i o no f t h r e e - p h a s eb r i d g e - t y p er e e t i f y i n gc i r c u i t ，a c c o r d i n g t ot h ed i f f e r e n t u s i n g c o n d i t i o n ，t h er e c t i f i e r si nd i f i e r e n tt y p eo fl o c o m o t i v e sh a v en o tt h es a i l ea m o u n t o fr e c t i f y i n ge l e m e n t sp a r a l l e li ni t s s i x b r i d g el i n e ，a n dw h a t sm o r e ，t h es a m e t y p eo fe l e m e n t sp o s s e s s e st h ec h a r a c t e r i s t i c sd i f f e r e n c e s om a ta tn o r m a lu s i n g c o n d i t i o n e v e r ye l e m e n t i sl o a d e dw i t h i r r e g u l a rc u r r e n ti n t e n s i t y , a n di t i s h a r m f u lt oa l le l e m e n t si nt h i ss i t u a t i o n h e n c ea f r e c tn l el o c o m o t i v en o r m a l r u n n i n g c o n d i t i o n t h eu n i f o r mc u r r e n tt e s to ft h er e c t i f i e rf o rt r a c t i o np o w e ri st h e t e s ts u b j e c tt h a ta i m e da t i n s p e c t i n g t h ec u r r e n td i s t r i b u t i o no ft h er e c t i f y i n g e l e m e n t si ne v e r yp a r a l l e lb r a n c hl i n eb r i d g e t h eu n i f o r mc u r r e n ti n s p e c t i o ns y s t e mi nt h ep a s tl o c o m o t i v eb r a n c hw a s m o s t l yu s eg e n e r a ls h u n t a s i n s p e c t i o ne l e m e n t sf o re v e r yb r i d g eb r a n c hp a r a l l e l c i r c u i ta n dt o t a lc u r r e n t t h i sm e t h o du t i l i z et h e p o i n t e r - t y p e c u r r e n t m e t e r , a r t i f i c i a lr e a d i n ga n dt h e nc a l c u l a t eo u tt h eu n i f o r mc u r r e n ti n t e n s i t yf a c t o r t h i s l e a dt oi o w p r o d u c t i v i t ya n dt h es y s t e mi st ob eb a di m m u n i t y , e v e n t u a l l yo b t a i n t h el o w e r d e g r e e o fa c c u r a c y a n di td i d n tm e e tt h en e e d so fr e l i a b i l i t y r e q u i r e m e n tf o rt r a c t i o np o w e rr e c t i f i e r s i n c e1 9 9 7 ，t h et e n d e n c yo f v a r i o u sn e w t y p eo ft r a c t i o np o w e rr e c t i f i e ra n dv a r i o u sk i n d so fr e c t i f y i n ge l e m e n t sa r e c o m i n g t h eu n i f o r mm o d eo f r e c t i f y i n ge l e m e n t si nt 1 1 et r a c t i o np o w e rr e c t i f i e ra r e c h a n g e df r o m6 - b r i d g el i n e sx6 - p a r a l l e lt o6 - b r i d g el i n e sx4 - - p a r a l l e la n d6 - b r i d g e l i n e sx ! 一p a r a l l e l r e l a t i v e l yt h er e q u i r e m e n t si nr e s p e c tt or e l i a b i l i t ya n d p r e c i s i o n f o rt h et e s to fu n i f o r i l lc u r r e n ti n t e n s i t yo nt r a c t i o np o w e rr e c t i f i e ra r eh i g h e r i ti s an e w s u b j e c tf a c e dt ot h el o c o m o t i v eo v e r h a u lc o m p a n i e st h a tt h ec u r r e n t l yt e s t e q u i p m e n t so nt r a c t i o np o w e rr e c t i f i e ru n i f o r mc u r r e n ti n t e n s i t yc a n tm e e tt h e n e e d so f r a i l w a yd e v e l o p i n g a n di ta l s ol a c ko f r e q u i r e dc o m p a t i b i l i t y ， t h em a i np o i n t so ft h i st o p i ci s ：t om a k eu s eo fh a u ls e n s o rw h i c hp o s s e s h i g ha c c u r a c ya st oi n s p e c t i n gb r a n c h i n ge l e m e n t sa n d t o t a lc u r r e n t ，t ou si n d u s t r y c o m p u t e r a st h eb a s i cc e n t e r , t ou t i l i z et r e a t i n ga n d a n a l y z i n gs o f t w a r e t oc o m p o s e ai n - t i m ed a t a c o i l e c t i n ga n dc a l c u l a t i n gs y s t e m ，f r o mw h i c ht oc o m b i n e as y s t e m s o l u t i o nt h a th a sh i g hp r e c i s i o n ，n o n - i n t e r a c t i o na n dm o r ee f f e c tp r o d u c t i v e a n t h o s ew i l la s s e m b l eak i n do fr e a s o n a b l et e s tm o d et h r o u g ht h ea n a l y s i st ot h e f a c t o ro fp r e s e n t t y p i c a l t r a c t i o n p o w e rr e c t i f i e r o fl o c o m o t i v e u s i n gb l o c k p r o g r a m m i n g ，d o m i n a t e t h ef l e x i b l e e q u i p m e n ta n ds t r e n g t h e n i n g t h e s y s t e m f l e x i b i l i t y , a n dt h e nt os o l v et h ec o m p a t i b i l i t yp r o b l e mo ft e s to fm a n yk i n do f r e c t i f i e r s ，t os u i tt h et e s tf u n c t i o nf o rv a r i o u sl o c o m o t i v e s ，w h e nn e c e s s a r y , o n l yt o m a k eal i t t l ea d a p t a b l ec h a n g eo fs o f t w a r e t h e t o p i c h a ss o l v e dt h en e w p r o b l e mf a c e dt o l o c o m o t i v eo v e r h a u l 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i i 页 c o m p a n i e si n t h en e w e r a t h r o u g ha p p l y i n gm i c r o c o m p u t e ra u t o m a t i cc o n t r o l a n di n t i m ed a t ac o l l e c t i o nt e c h n i q u eo n r a i l w a yp r o d u c t i o nf i e l d ，a n df i n a l l yo p e n u p a s p e c i a lf i e l di nt h ep r o d u c t i o np r a c t i c eo fc o m p u t e r i z a t i o n ，m a k i n g at e c h n i c a l p r o g r e s sa n ds t r e n g t h e n i n g t h em a r k e t c o m p e t i t i v ea b i l i t y k e yw o r d ：r e c t i f i e r , u n i f o r mc u r r e n tt e s t ，d a t ac o l l e c t i o n ，m o d e d a t at r a n s f o r m e r i m p o r t e x p o r t 西南交通大学硕士研究生学位论文第l 亟 第1 章绪论 1 1 引言 目前，电传动内燃机车仍然是我国铁路运输牵引的主力车型。d f 4 a 、d f 4 b 、 d f 4 c 、i ) f 5 、d f 7 、d f 8 以及高速重载机车d f 4 b 、d f l l 、o f 8 b 等一大批电传动 内燃机车担负着全国各条铁路干线运输牵引的主要任务。 电传动内燃机车的动力传递是由以下过程来实现的：柴油机带动同步主 发电机旋转发出三相交流电，经牵引整流柜全波整流后，输送给六台全并联 的直流牵引电动机，再由牵引电动机通过传动传动装置驱动车轮旋转，从而 使机车运行。 牵引整流柜是电传动内燃机车主电路的整流设备。它将同步牵引主发电 机发出的三相交流电转换成脉动直流电，供给机车牵引电动机使用。牵引整 流柜一般采用三相桥式全波整流电路。如图卜1 所示。牵引整流柜根据机车 设计要求和选用整流元件额定正向平均电流的不同，各桥臂并联的整流元件 数量各不相同。以前我国制造的电传动内燃机车牵引整流柜每个桥臂均采用6 个整流元件并联使用，即6 臂6 并形式。近年来，随着电子技术的迅猛发展 和“高速重载”机车发展的需要，耐压高、通态电流大、压降低的电力半导 体器件不断出现，并在机车牵引整流柜上大量投入使用。因此，先后在机车 牵引整流柜上出现了每桥臂4 个或2 个整流元件并联，即6 臂4 并、6 臂 2 并等新的整流元件组合形式。使得机车牵引整流柜整流元件的规格和组合形 式出现了多样化的发展趋势。 + 土z 王多a 、 、一 ： 发 zzlzi 牵引整流柜 a 图卜1 牵引整流柜的整流电路原理 西南交通大学硕士研究生学位论文第三基 1 ，2 问题的提出 无论是新造还是修理，牵引整流柜都必须进行一系列必要的检测和试验， 以保证其性能可靠。其主要检测和试验项目有：二极管电特性测试、牵引整 流柜绝缘耐压试验和均流试验。 二极管电特性测试项目包括正向峰值电压和反向重复峰值电流。正向峰 值电压可在室温( 2 5 。c ) 下进行，而反向重复峰值电流则需要在分别在室温 ( 2 5 。c ) 和额定结温下进行。通过测试，保证每个二极管均符合要求，同时 为每个桥臂选配合适的管子。 同一型号、同一规格的整流元件个体特性并非完全一致。因此，在并联 使用时，各元件所承担的电流大小不同。即使元件的正向伏安特性差别不大， 所造成的电流分配不均匀度也很显著，即正向压降大的整流元件承受的电流 较小，而正向压降小的整流元件可以承受较大的电流。这种电流的不均匀度 容易造成整流元件的损坏，影响机车的正常牵引运用。 为了保证机车牵引整流柜的可靠性，除单个整流元件须经专门检测设备逐 个测试选配外，还必须在整流柜装配完成后，进行综合性试验。为此在牵引 整流柜检修试验中设置了“均流试验”这一重要环节。均流试验的目的就是 检验整流柜各桥臂并联支路的电流分配情况。通过试验对各桥臂整流元件在 额定状态下电流分配情况的检测，调整或更换不能满足均流要求的整流元件， 以减小各整流元件的电流分配不均匀度保证整流元件的正常使用。为此相 应的均流试验就成为牵引整流柜检修的重要试验项目之一。“均流系数”这一 重要参数，正是用以检查、验证各桥臂整流元件电流分配的均匀度。 均流系数般按下式计算： k ：至生 v 厶。 式中 厶各并联整流元件正向平均电流之和( a ) ； 桥臂并联整流元件数； j 晶z 各并联整流元件中电流最大的元件正向平均电流值( a ) ； 均流系数。 k 值越大，说明牵引整流装置的均流效果越好，正常运用中整流元件的可 靠性高。根据机车设计及检修工艺的要求，内燃机车牵引整流柜的均流系数k 值不得小于8 5 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 以前，国内机车牵引整流柜均流检测系统的试验方式一般为：工频三相 交流电经感应调压器送到整流变压器原边，将整流变压器副边低压交流电输 送到牵引整流柜交流侧，通过牵引整流柜直流输出端串接分流器，并进行短 路。在规定的通风条件下，调节感应调压器的输出电压，使牵引整流柜输出 额定整流电流。待整流元件的结温稳定后，利用分流器作为各桥臂并联支路 电流及总电流的检测元件，、采用指针式电流表指示，依靠人工读数并计算牵 引整流柜均流系数，以验证均流效果的好坏。整个试验过程操作复杂，效率 低，并且系统的稳定性和抗干扰性差，检测时存在较大的测量误差和人为误 差，使计算的k 值不能准确反映均流试验的真实情况。 另外，随着机车检修市场竞争的越来越激烈，以前那种一个厂只修一两 种车型的情况已经很少了。各机车检修厂检修的机车品种越来越多。以前大 多基于g t f 4 8 0 0 7 7 0 型牵引整流柜基础形式构建的均流试验台，最大试验电 流为4 8 0 0 a ，系统的兼容性差，不能适应我国机车检修行业向高速重载方向发 展的需求。而在一个厂同时建立多个均流试验台又会造成严重的资源浪费， 极不经济。为了更好地利用现有的资源配置，实现多品种牵引整流柜的试验， 因此需要一种新的、具有良好兼容性检测系统来解决以上问题。 1 3 解决方案 本课题设计方案：拟采用高精度霍尔传感器作为电流检测元件，使用以 工业控制计算机为核心的数据采集板及相应的处理软件，通过控制感应调压 器的输出电压，检测每个二极管的电流传感器的电压信号，同时检测整流回 路总电流和温度信号，然后由工控机对其进行数据采集处理，计算出每个桥 臂的均流系数，并实时输出检测结果。 系统应具备的功能：能自动检测熬流回路总电流和各并联支路电流，并计 算均流系数；自动检测系统温度；全中文人机接口界面，操作简单；通过键 盘可进行各种参数设置、测量方式选择：实时数据采集和显示；检测数据的 存储、报表打印：系统过电流保护及温度超限保护功能及故障报警等。并且 能够同时满足d h 、d f 蛆、d 艮、d 民、d f ，、d f 8 机车以及高速重载机车d f 。 d f 4 d 、d f 。等不同型式牵引整流柜的试验需要。 本课题将围绕以下四个关键技术问题展开讨论，以找出最佳解决方案： 1 满足三种不同型式的整流桥臂电流检测方式的论证； 2 数据采集模板，开关量i o 模板的设计选型； 3 工业控制计算机的选型； 4 程序设计。 亘童窒鋈盔堂亟主堑塞竺堂篁迨銮 塑! 夏 第2 章总体方案的设计论证 2 1设计思路 为了实现上述目的，方案的设计应以测试系统的多元化和检测结果的可 靠性为中心，以柔性系统为前提，并考虑今后企业信息化管理的发展需求， 采用微机自动化控制系统。系统应能满足不同车型整流柜均流试验的需要， 具有良好的兼容性。 微机检测系统拟采用高精度霍尔传感器作为电流检测元件，使用以工业 控制计算机为核心，采用系统控制及数据采集处理软件，及性能优越的a d 数据采集板等部件组成。系统可按工艺要求设定检测参数，通过界面选择不 周车型、不同桥臂的并联组合形式来进行测试。并根据总电流霍尔传感器检 测的电流信号与设定的电流参数进行比较，自动调节感应调压器的输出电压， 使牵引整流柜输出电流达到额定值。各支路电流传感器对牵引攘流柜的每个 整洗元件的正向平均电流进行检测，检测到的各个信号经过m d 数据采集板 输、汁算机进行实时数据采集处理。在系统窗口生成各个桥臂支路电流及总 电流的数据和曲线，并自动计算出每个桥臂的均流系数k 值。在试验过程中 通迁系统纳入电流过载、温度超限、感应调压器限位等保护环节，在出现异 常步。态下，具备自动报警和停止工作等功能。系统同时具备将检测结果输出 打印或存盘备查的功能。均流试验系统电气原理框图如图1 - 2 所示： 图卜2 均流试验台电气原理框图 亘宣奎望盔兰塑圭堑室生兰垡迨塞 釜i 耍 2 2 系统功能分析与设计 根据以上设计思路，本系统应实现以下功能： ( 1 ) 微机操作应具有全中文人机对话界面，可运行在目前通用的操作系统 匕( w i n d o w s 9 8 w i n d o w s 2 0 0 0 w i n d o w sn t ) ，操作简便，易于掌握。 ( 2 ) 通过键盘可进行各种参数设置，以适应不同车型、不同检测方式的试 验需要。 ( 3 ) 实时数据采集和显示。自动随机检测牵引整流回路总电流和各并联支 路电流，自动计算均流系数，自动检测系统温度，并实时显示各项数据。 ( 4 ) 故障报警显示。系统应具备过流保护、温度超限保护、系统状态检测 等功能及报警显示。 ( 5 ) 检测数据存储、报表打印。满足机车制造或检修工艺检查记录要求， 方便机车历史记录备查。 ( 6 ) 能同时满足多车型牵引整流柜的检测试验要求( d f 4 a 、d f 4 b 、d f 4 c 、 d f 5 、d f 7 a 、d f 7 b 、d f 8 以及高速重载机车d f 4 d 、d f il 、d f 8 b 等) ； ( 7 ) 系统操作员密码设置，防止他人误操作； ( 8 ) 系统全电脑自动控制： 该系统的实施将有效提高内燃机车牵引整流柜均流系数检测的准确性和 可靠性，提高电传动内燃机车关键部件检修的自动化程度，提高生产效率， 节约资源，有利于今后企业信息化管理的发展。 2 3 牵引整流柜参数分析 要把所有型号的牵引整流柜均流试验纳入一个单一的检测系统。实际上难 以现实。以一种高性能的检测系统为原型。其他车型的试验形式只要以此系 统原型为基础稍微改动，成为一个兼容多车型机车均流试验系统，对于多型 号、不同规格的整流柜检修试验，是一个合理的方案。 目前我国铁路主要运用的电传动内燃机车有d f 4 a 、d f 4 b 、d f 4 c 、d f 5 、d f 7 a 、 d f 7 b 、d f 7 c 、d f 8 以及d f 4 d 、d f i1 、d f 8 b 等高速重载机车。合理地设计均流 试验系统以完成以上各车型牵引整流柜的均流试验，基本上能够满足检修工 厂实际需要。为此在设计检测系统前，首先要对各型电传动内燃机车牵引整 流柜结构及其整流元件的主要参数进行分析，找出其不同点和相同点，加以 总结归纳。各车型整流柜主要参数如表2 1 和表2 2 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第亘巫 额定输出额定输出 均流系 机车型号整流柜型号整流形式 组合方式 电流( a ) 电压( v ) 数 d f 4 a ，b 、c ，g t f - 4 8 0 0 7 7 0 4 8 0 07 7 0 三相桥式6 臂6 井 8 5 d f 5 、d f 7 、d f t bg t f 一4 8 0 0 7 7 04 8 0 07 7 0三相桥式6 臂6 并 8 5 d f 8g t f 一4 8 0 0 8 7 04 8 0 08 7 0三相桥式6 臂6 并 8 5 d f 4 dg t f - 5 1 0 0 1 2 5 95 1 0 0 1 2 5 0三相桥式6 臂2 并8 5 o f 8 bg t f - 5 1 0 0 1 0 0 05 1 0 01 0 0 0三相桥式6 臂x4 井 8 5 d f l lg t f - 5 0 1 0 9 3 05 0 1 09 3 0三相桥式6 臂4 并8 5 表2 2 牵引整流柜整流元件主要参数 正向平均反向重复峰每臂元件数总数量 机车型号整流元件型号 电流( a )值电压( v ) ( 个)( 个) d f 4 a 、b 、c 、z p 5 0 0 2 25 0 02 2 0 063 6 d f 5 、d f 7 、d f 7 bz p 5 0 0 2 25 0 02 2 0 063 6 1 3 f 8z p 5 0 0 2 25 0 02 2 0 063 6 d f 4 d z p 2 5 0 0 2 8 1 7 0 02 8 0 021 2 d f 8 bz p 2 0 0 0 2 88 0 02 8 0 042 4 d f l lz p 2 0 0 0 2 88 0 02 8 0 042 4 通过对表2 1 的备车型统计数据分析可知，牵引整流柜的主要数据为： 额定输出电流、额定输出电压、整流形式、组合形式、均流系数5 种。其中 整流形式均为三相桥式，都具有相同的均流系数标准，即在整流柜额定直流 输出电流情况下都不得小于8 5 。不同项为额定输出电流、额定输出电压、 组合形式。而在均流试验中额定输出电压可以不予考虑，主要考虑的参数为 额定输出电流和桥臂元件组合形式。为此可将上述表内不同车型的牵引整流 柜的额定直流输出电流可归纳为4 8 0 0 a 、5 0 1 0 a 、5 1 0 0 a 三种情况。根据牵引 整流柜桥臂组台形式不同，可归纳为6 x 6 、6 4 、6 x 2 三种并联形式。整流 元件总数量可归纳为3 6 个、2 4 个、1 2 个三种情况。 通过对表2 2 的各种统计数据分析可知，不同型号机车牵引整流柜采用 的整流元件规格也存在差异。基本上分z p 5 0 0 2 2 型、z p 2 5 0 0 2 8 型、z p 2 0 0 0 2 8 型3 种形式。不周规格的整漉元件所通过的实际正向平均屯流不周，有5 0 0 a ， 8 0 0 a ，1 7 0 0 a 三种。由于牵引整流柜桥臂并联形式和整流元件规格的不同，决 定了均流试验系统需要采用不同的测量方式和不同的试验电流。支路中需要 检测电流值的整流元件最多为3 6 个，最少为1 2 个。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第7 页 为了方便以后设计中检测方案和电流检测元件选型的确定，我们还必须 要分析所试验的牵引整流柜每个整流元件实际流过的最大正向平均电流值。 每个整流元件实际流过的最大正向平均电流值计算公式为： ，甩= ( 厶彤5 ) 怖足一k 2 足3 岸。 ( 2 - 1 ) 式中i 。每一整流桥臂的平均工作电流( a ) ； i 。：整流元件正向平均电流( a ) ； k 。均流系数，取8 5 ： k 。风速系数，取1 0 ： k 3 _ 环境温度系数，取1 0 ( 环境温度t 4 0 c ) ； k 。电路系数，取0 9 ： k 。高度系数。取1 0 ( 海拔高度 1 0 0 0 m ) ： n d 整流桥臂的二极管总数。 在以牵引整流柜为主的三相桥式整流电路中，每个桥臂在每个交流电源 周期( 2 ) 内轮流导通，各导通( 2 ) 3 时间，所以在牵引整流柜额定输 出直流电流情况下i 。= i ，3 。其中i ，为牵引整流柜额定输出电流。 由此计算各车型牵引整流柜每个整流元件实际通过的正向平均电流i 。 d f 4 a 、d f 4 b 、d f 4 c 、d f 5 、d f 7 a 、d f 7 b 、d f 8 型机车牵引整流柜： l = ( 4 8 0 0 + 3 ) 1 3 6 0 8 5 x 1 x 1 0 9 x 1 = 3 4 9 ( a ) d f 4 d 型机车牵引整流柜： ，一= ( 5 1 0 0 3 ) 1 2 0 8 5 1 l 0 9 x 1 = 1 1 1 1 ( a ) i ) f 1 l 型机车牵引整流柜： ，。= ( 5 0 1 0 + 3 ) 1 4 0 8 5 l x l 0 9 x 1 = 5 4 6 ( a ) d f 8 b 型机车牵引整流柜： ，。= ( 5 1 0 0 - - 3 ) x 1 4 0 8 5 1 l 0 9 1 = 5 5 6 ( a ) 通过对各车型整流元件通过的正向平均电流计算可知，d f 4 d 型机车整流 柜每个整流元件实际通过的正向平均电流数值最大，为其他车型的2 3 倍。 上述数据的结果即可作为下面设计其它参数的依据。 2 ，4 系统方案中试验指标确定 在设计总体方案时需对所涉及的一些重要指标进行确定，以便设计满足 西南交通大学硕士研究生学位论文簦曼至 使用要求。 2 4 1 最大额定试验电流 均流试验对需要保证的最大额定试验电流应根据所调试车型的牵引整流 柜的额定直流输出电流来确定。根据表2 - 1 比较可知，d f 4 d 机车的牵引整流 柜额定直流输出电流最大，所以取其值为试验系统中须满足的最大额定试验 电流，即5 1 0 0 a 。 2 ，4 2 支路电流测量路数 系统需要测量的支路电流就是被试车型牵引整流柜桥臂并联整流元件所 通过的电流。电流测量路数与所测试的牵引整流柜整流元件总数相等，即 d f 4 a 、d f 4 b 、d f 4 c 、d f 5 、d f 7 a 、d f 7 b 、d f 8 型机车为3 5 路；d f 4 d 型机车1 2 路；d f ：l 、d f s b 型机车2 4 路。 2 ，4 3 支路电流过流报警值 为避免因个别整流元件选配不当或支路整流元件特性不良，在均流试 验过程5 出现支路整流元件实际流过的电流超出其最大正向平均电流值的情 况，导。z 相应整流元件的过热、击穿、短路，产生不良后果，在均流试验过 程中要r 各检测支路设置支路电流过流报警值。在电流过大时报警，以便操 作人员z ：取措施，停止试验，对有问题的整流元件进行检查和调整。该报警 值不宜1 、于整流元件的额定正向平均电流，通过前面牵引整流柜参数的分析， 可将各适! 牵引整流柜整流元件支路电流过流报警值定为： d f1 、d f 4 b 、d f 4 c 、d f 5 、d f 7 a 、d f 7 b 、d f 8 型机车设为4 0 0 a ：d f 4 d 型机 车设为：4 0 0 a ：d f l l 、d f 8 b 型机车设为7 0 0 a 。 2 4 4 最大额定试验电流保持时间 所l 肖最大额定试验电流是指牵引整流柜输出的额定整流电流。由于均流 试验中的k 值是在牵引整流柜输出额定整流电流条件下，待整流元件的结温 在一定时间条件下稳定后，对牵引整流柜各并联支路整流元件流过的正向平 均电流进行检测、计算而确定的，因此在试验过程中最大额定试验电流需保 持一定的时间，根据经验，常规试验中最大试验电流保持1 5 3 0 分钟即可满 足结温稳定的要求。考虑到机车在实际运行中有在额定功率、大电流功况下 持续工作时间较长的情况( 如在长大坡道上重载运行) ，为了进一步保证整流 柜接流元件的可靠性，将系统的试验最大电流保持时间设定在0 6 0 分钟范 围内。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 2 4 5 温度检测范围 为了避免因整流元件散热不良，其p n 结内部产生较大的热量不能及时散 发出去，致使元件结温过高造成元件的损坏的情况出现，专门为牵引整流柜 均流试验设景了通风装置。系统需对通风装置的温度进行监测，并设定温度 检测范围，以此来确定通风装置的工作状态，当温度超出限度时系统能及时 报警。系统温度控制范围的下限可依据最低环境温度来设定，上限根据最高 环境温度和试验时允许的温升来设定。根据整流元件允许的结温要求，并考 虑试验情况，将温度传感元件检测的温度范围设定为一5 0 + 1 0 0 。 2 5 系统基本设计参数确定 综合以上分析，可以将均流检测系统归纳为三种工艺测量方式，其基本 设计参数分别为： 6 x 6 整流挢臂测量方式 六个整流桥臂，每个桥臂6 个二极管 支路电流测量路数3 6 路，总电流1 路 总电流测量范围 7 0 0 0 h 支路电流测量范围 4 0 0 a 温度传感器路数l 路 最大电流保持时间 6 0 分 每臂均流系数o - 1 0 0 电流曲线显示6 条 6 4 整流桥臂测量方式 六个整流桥臂，每个桥臂4 个二极管 支路电流测量路数2 4 路，总电流1 路 总电流测量范围 7 0 0 0 a 支路电流测量范围 7 0 0 a 温度传感器路数1 路 最大电流保持时间 6 0 分 每臂均流系数0 - 1 0 0 电流曲线显示6 条 6 2 整流桥臂测量方式 六个整流桥臂，每个桥臂2 个二极管 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 0 页 支路电流测量路数1 2 路，总电流l 路 总电流测量范围 7 0 0 0 a 支路电流测量范围 1 0 mq ： 0 乃温度系数：5 p p m ( 典型值) ； 1 5p p m ( 最大值) 。 通用规范： ( 1 ) 连接器： ( 2 ) 工作温度 ( 3 ) 存储温度 ( 4 ) 功耗： ( 5 ) 尺寸： 应用设置 d b 一3 7 插座： o 一5 5 ： 一2 0 一8 0 ： + 5 v9 6 0 m a ( 最大) ； 1 6 3 m m 1 0 7 m m 。 ( 1 ) 模拟输入范围和单、双极性选择可以通过板上跳线开关进行设定 ( 2 ) 通过板上d i p 开关可以设定i o 基址； ( 3 ) 通过板上的4 个可调电阻，可以调校输出值。 堕查奎塑查茎塑主堑塞兰兰笙迨銮 茎! ! 夏 12 位数字输出 图4 - 4a d 5 7 4 转换器原理框图 在p c l 一8 1 3 型3 2 通道单端隔离a d 卡中其主要器件有a d 5 7 4 转换器、多 路开关和采样保持器组成。a d 5 7 4 是一种高精度快速1 2 位a d 转换器，其内 部结构如图图4 - 4 所示。主要由d a 转换器( a d 5 6 5 a ) 、比较器、逐次比较逻 辑寄存器、时钟电路、逻辑控制电路和三态输出数据锁存器等组成。三态输 出锁存器由a 段高4 位、b 段中4 位、c 段低4 位等三部分组成。工作原理为： c e 、c s 、r c 、1 2 8 和a o 是a d 5 7 4 的5 个控制输入信号。当c s 为低电平时选 中该芯片，r c 低电平时起动a d 转换，控制逻辑电路送出启动信号。启动转 换开始，内含的时钟向逐次逼近寄存器( s a r ) 提供转换所需的时钟，s a r 进 行计数，1 0 v ，。外部模拟量信号( 单极性时输入o + 5 v 。双极性时输入5 v ) 进入比较器与d a c 转换器输出电压进行比较，进行取舍判断。若d a 转换器输 出电压 i o v 。信号，比较器输出高电平，则s a r 最高位保留为1 ，反之比较 器输出低电平，s a r 最高位复位。这样经过n 个脉冲信号，n 次比较后逐次逼 近寄存器内的值就是转换后的数据。转换结束后，s a r 向控制逻辑电路送入转 换完成信号，控制逻辑电路送出信号使s a r 中的数字量送入三态输出缓冲器， 当r c 为高电平时系统读取转换好的数字量。 a d 转换卡接线图如图4 5 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 0 页 4 5 5 附件选型 为了使外部的信号能进入p c l 一8 1 3 型3 2 通道单端隔离a d 卡，应根据信 号量的多少及传递可靠性、外部布线和接线的合理性选择合适的接线端子板 及电缆插头。而台湾研祥工控集团的p c l d 一8 8 1 型端子板作为p c l 一8 1 3 型3 2 通道单端隔离a d 卡的专用附件具有无可比拟的优越性。为此选择两块 p c l d 一8 8 l 型端子板及p c l 一1 0 1 3 7 一ld b 一3 7 电缆作为p c l 一8 1 3 的附件。 _= 互 自 =。 誊 兰 = 一 奎。 窖 一一= 差 妻 一 * 2= 兰 =” 一 星 “ 2 h 。2 ； “ 2 三 一= 耄圭” 叩。， = = 譬 = 2 n 一=等 三 = 一 hh ： n“ = t* n 翟 “ 一