列車供電裝置負載試驗臺電流無級調(diào)節(jié)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種列車供電裝置負載試驗臺電流無級調(diào)節(jié)器，其包括通過PWM信號控制將列車供電裝置的負載電流調(diào)節(jié)至規(guī)定的電流值的直流斬波電路；直流斬波電路包括：主電路模塊用于按照驅(qū)動電路模塊輸出的PWM信號控制模塊內(nèi)電力半導體開關(guān)器件的開通與關(guān)斷時間占空比來輸出相應(yīng)的電壓值，進而調(diào)節(jié)負載電流值；控制電路模塊，用于產(chǎn)生電壓脈沖占空比可調(diào)的控制信號送至驅(qū)動電路模塊；以及驅(qū)動電路模塊，用于按照控制電路模塊輸出的控制信號驅(qū)動控制主電路模塊內(nèi)的電力半導體開關(guān)器件開通與關(guān)斷時間。本發(fā)明利用直流斬波原理來調(diào)節(jié)供電裝置負載電流，以達到無級調(diào)試供電裝置功率的目的，為列車供電裝置的出廠功率試驗提供了一種便捷準確的試驗檢測手段。
【專利說明】列車供電裝置負載試驗臺電流無級調(diào)節(jié)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電流調(diào)節(jié)器，具體地說是涉及一種電力機車用列車供電裝置負載試驗臺電流無級調(diào)節(jié)器。

【背景技術(shù)】
[0002]電力機車(如DC600V等)列車供電裝置通過調(diào)試試驗臺進行功率試驗過程中，其所需的負載電流往往為階躍式的，不能無級變換，這樣只能在列車供電裝置的幾個特殊功率點進行考核；尤其是對于列車供電裝置的滿負載工作點，現(xiàn)有調(diào)試試驗臺無法準確的將負載電流調(diào)節(jié)在滿功率狀態(tài)，進而影響電力機車(DC600V)列車供電裝置試驗效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于已有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是要提供一種列車供電裝置負載試驗臺電流無級調(diào)節(jié)器，該電流無級調(diào)節(jié)器利用直流斬波原理來調(diào)節(jié)供電裝置負載電流，以達到無級調(diào)試供電裝置功率的目的，該電流無級調(diào)節(jié)器為列車供電裝置的出廠功率試驗提供了一種便捷準確的試驗檢測手段。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0005]列車供電裝置負載試驗臺電流無級調(diào)節(jié)器，其特征在于:
[0006]包括連接列車供電裝置負載試驗臺，通過PWM控制信號將列車供電裝置的負載電流調(diào)節(jié)至相應(yīng)的電流值的直流斬波電路；
[0007]所述直流斬波電路包括:
[0008]主電路模塊，包括電力半導體開關(guān)器件，用于按照驅(qū)動電路模塊輸出的PWM控制信號控制模塊內(nèi)電力半導體開關(guān)器件的開通與關(guān)斷時間占空比來輸出相應(yīng)的電壓值，進而調(diào)節(jié)負載電流值；
[0009]控制電路模塊，用于產(chǎn)生電壓脈沖占空比可調(diào)的PWM控制信號送至驅(qū)動電路模塊；
[0010]以及驅(qū)動電路模塊，用于按照控制電路模塊輸出的PWM控制信號驅(qū)動控制主電路模塊內(nèi)的電力半導體開關(guān)器件開通與關(guān)斷時間。
[0011]所述的直流斬波電路還包括保護電路模塊，用于實時檢測負載電流值，在負載電流值超過預設(shè)報警值時產(chǎn)生報警信息至控制電路模塊，使得所述控制電路模塊截止輸出PWM控制信號。
[0012]所述保護電路模塊優(yōu)選霍爾電流傳感器。
[0013]所述主電路模塊中的電力半導體開關(guān)器件優(yōu)選IGBT器件。
[0014]所述控制電路模塊包括用于進行電壓信號AD采樣的電位器以及按照AD采樣值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的PWM值后輸出PWM控制信號的DSP模塊。
[0015]所述驅(qū)動電路模塊包括光電耦合器、電源芯片1、電源芯片2以及供電電源；其中所述供電電源用于為所述驅(qū)動電路模塊整個電路供電；所述電源芯片1、電源芯片2分別用于輸出高、低兩種不同電壓值的電源芯片，使得所述光電耦合器隨著PWM控制信號導通或者截止時，控制電力半導體開關(guān)器件開通與關(guān)斷。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:
[0017]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作簡易，適用于列車供電裝置的出廠功率試驗，特別是適用于DC600V列車供電裝置負載試驗臺，其基于直流斬波原理，利用控制電路模塊輸出PWM控制信號后通過所述驅(qū)動電路模塊控制主電路模塊內(nèi)電力半導體開關(guān)器件的開通與關(guān)斷時間占空比來輸出相應(yīng)的電壓值，進而調(diào)節(jié)供電裝置負載電流，最終達到無級調(diào)試供電裝置功率的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明電路原理示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明連接至列車供電裝置負載試驗臺時電路原理示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明驅(qū)動電路模塊電路原理示意圖。

【具體實施方式】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。
[0022]鑒于現(xiàn)有機車供電試驗臺其考核點只能提供整百安培的負載電流的缺陷，本發(fā)明設(shè)計了一種電流無級調(diào)節(jié)器，該電流無級調(diào)節(jié)器利用P麗控制直流斬波電路，將負載電流調(diào)節(jié)至規(guī)定的電流值，以便考核列車供電裝置在各工況下的工作性能。其重要意義就在于起到電流補充的作用，當列車供電裝置的考核點負載電流非整百安培時，例如120A時；其中20A的負載電流就可以通過本電流無級調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)得到。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明主要包括連接列車供電裝置負載試驗臺，通過PWM控制信號將列車供電裝置的負載電流調(diào)節(jié)至規(guī)定的電流值的直流斬波電路；
[0024]所述直流斬波電路包括:
[0025]主電路模塊，包括電力半導體開關(guān)器件-1GBT，用于按照驅(qū)動電路模塊輸出的PWM控制信號控制模塊內(nèi)IGBT的開通與關(guān)斷時間占空比來輸出相應(yīng)的電壓值，進而實現(xiàn)調(diào)節(jié)負載電流大小的目的；
[0026]控制電路模塊，包括用于進行電壓信號AD采樣的電位器以及按照AD采樣值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的PWM值后產(chǎn)生電壓脈沖占空比可調(diào)的PWM控制信號送至驅(qū)動電路模塊的DSP模塊；
[0027]驅(qū)動電路模塊，用于按照控制電路模塊輸出的PWM控制信號驅(qū)動控制主電路模塊內(nèi)的電力半導體開關(guān)器件開通與關(guān)斷時間。
[0028]以及保護電路模塊，用于實時檢測負載電流值，在負載電流值超過預設(shè)報警值時產(chǎn)生報警信息至控制電路模塊，使得所述控制電路模塊截止輸出PWM控制信號。所述保護電路模塊優(yōu)選霍爾電流傳感器，以防止電路中產(chǎn)生過電流現(xiàn)象進而損害電路設(shè)備。
[0029]所述驅(qū)動電路模塊包括光電耦合器、電源芯片1、電源芯片2以及供電電源；其中所述供電電源用于為所述驅(qū)動電路模塊整個電路供電；所述電源芯片1、電源芯片2分別用于輸出高、低兩種不同電壓值的電源芯片，使得所述光電耦合器隨著PWM控制信號導通或者截止時，控制電力半導體開關(guān)器件開通與關(guān)斷。
[0030]下述結(jié)合具體實施例1以及圖2、圖3做具體說明:
[0031]將所述電流無級調(diào)節(jié)器也就是直流斬波電路，連接至列車供電裝置負載試驗臺，本例為DC600V列車供電裝置負載試驗臺，如圖2所示，整百安培的負載電流由DC600V列車供電裝置負載試驗臺若干并聯(lián)的電阻開關(guān)電路實現(xiàn)，其非整百安培則由直流斬波電路補充。
[0032]如圖2，具體過程為:
[0033]當僅閉合S7時，通過對DSP (優(yōu)選2812)的PWM輸出占空比的控制，可以將負載電流無級調(diào)節(jié)在0-100A的區(qū)間；
[0034]將S1、S7閉合時，可以將負載電流調(diào)節(jié)在在100-200A的區(qū)間；
[0035]將S1、S2、S7閉合時，可以將負載電流調(diào)節(jié)在在200-300A的區(qū)間；
[0036]以此例推；
[0037]將51、52、53、54、55、56、57閉合時，可以將負載電流調(diào)節(jié)在600-700A的區(qū)間。
[0038]通過各路負載開關(guān)以及DSP2812的配合控制，可以使得負載電流可以在零到滿載電流區(qū)間，平滑的過渡。
[0039]同時所述主電路模塊的電力半導體開關(guān)器件-1GBT參數(shù)選擇可按實際的實驗需要進行選擇，如I) IGBT額定電壓的選擇:直流輸入電壓為600V±5%，在開關(guān)工作的條件下，IGBT的額定電壓一般要求高于直流電壓的兩倍，根據(jù)IGBT規(guī)格的電壓等級，可選擇1700V電壓等級的IGBT。2) IGBT額定電流的選擇由于負載電氣啟動或加速時，電流過載，一般要求IGBT在I分鐘的時間內(nèi)，承受1.5倍的過流。IGBT支路電流約為100A，IGBT最大負載電流約為150A，出于安全考慮，此處選擇400A電流等級的IGBT。3) IGBT開關(guān)參數(shù)的選擇:在實際工作的過程中，IGBT的開關(guān)損耗隨開關(guān)頻率的上升成比例的增長。所以限制驅(qū)動模塊的工作頻率為IK Hz，選擇最高允許工作頻率大于IK Hz的IGBT。
[0040]所述控制電路模塊主要用于產(chǎn)生PWM控制信號，以控制斬波電路中IGBT的通斷，同時能夠通過對占空比的調(diào)節(jié)達到控制輸出電流大小的目的。對應(yīng)的所述控制電路模塊包括電位器和DSP芯片，以及電源(5V左右的電源用電位器以及對應(yīng)的電阻進行分壓，確保能夠給DSP芯片AD接口提供0-3V的電壓)。基于PWM控制原理，本發(fā)明利用DSP芯片通過對電位器0-3V的電壓信號進行AD采樣，根據(jù)AD采樣值將其轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的PWM的占空比取值，從而產(chǎn)生占空比可調(diào)的PWM控制信號。
[0041 ] 對應(yīng)的，所述DSP芯片包括ADC模塊與EVA事件管理器模塊:
[0042]ADC模塊與EVA事件管理器模塊兩者的配合產(chǎn)生PWM控制信號；所述ADC模塊用于對電位器兩端分得的O — 3V范圍的電壓進行順序采樣，將采樣結(jié)果轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的16進制數(shù)，并賦給EVA事件管理器模塊中的比較寄存器T1CMPR，用來控制占空比；所述EVA事件管理器模塊包括3個寄存器:分別為計數(shù)器寄存器T1CNT，周期寄存器T1PR，比較寄存器TlCMPR ;通過這3個寄存器的設(shè)置，產(chǎn)生占空比，周期頻率可調(diào)的PWM控制信號，其具體是現(xiàn)實方式:
[0043]設(shè)置TlCNT初值為0，設(shè)置TlPR初值(具體值與EVA時鐘周期相關(guān))，確定PWM周期；T1CNT每經(jīng)過一個時鐘周期，數(shù)值增加1，當TlCNT的值與TlPR值相等時，發(fā)生周期匹配事件，同時DSP會對ADC模塊發(fā)出一個啟動指令，ADC模塊開始進行采樣；采樣結(jié)束后，DSP進入AD中斷即對采樣結(jié)果進行數(shù)據(jù)處理，并將數(shù)據(jù)處理結(jié)果賦給TlCMPR(0-3V的電壓分別對應(yīng)O —100%的占空比);退出中斷后，TlCNT歸零，然后遞增，當TlCNT = T1CMPR，EVA事件管理器輸出電壓發(fā)生翻轉(zhuǎn)，TlCNT繼續(xù)遞增，當TlCNT = T1PR，AD采樣，賦值給TlCMPR ；TlCNT歸零，然后遞增，重復上述步驟，最終產(chǎn)生占空比，周期頻率可調(diào)的PWM控制信號。
[0044]所述驅(qū)動電路模塊，用于將PWM控制信號轉(zhuǎn)換后，加載到IGBT控制端和公共端之間，用來驅(qū)動IGBT的開通與關(guān)斷:
[0045]鑒于IGBT是電力電子器件，控制電路產(chǎn)生的控制信號一般難以直接驅(qū)動IGBT，因此需要外加驅(qū)動電路。驅(qū)動電路是連接控制部分和主電路的橋梁，驅(qū)動電路的穩(wěn)定與可靠性直接影響著整個系統(tǒng)變流的成敗，具體來講IGBT的驅(qū)動要求動態(tài)驅(qū)動能力強，能為IGBT柵極提供具有陡峭前后沿的驅(qū)動脈沖。否則IGBT會在開通及關(guān)延時，同時要保證當IGBT損壞時驅(qū)動電路中的其他元件不會被損壞。其次能向IGBT提供適當?shù)恼蚝头聪驏艍?，而且要具有柵壓限幅電路，保護柵極不被擊穿；最后當IGBT處于負載短路或過流狀態(tài)時，能在IGBT允許時間內(nèi)通過逐漸降低柵壓自動抑制故障電流，實現(xiàn)IGBT的軟關(guān)斷。
[0046]具體驅(qū)動電路實例如圖3所示，所述驅(qū)動電路模塊包括光電耦合器、電源芯片1、電源芯片2以及供電電源；整個電路由24V電源供電，PWM控制信號由驅(qū)動電路輸入端口 Pl的輸入。OC為光耦，Ul為高電壓24V輸出的電源芯片，U2為低電壓8V輸出電源芯片。
[0047]當PWM控制信號為高時，光耦OC導通，Ul輸出+24V，U2輸出+8V，所以驅(qū)動電路輸出端口 P2加在IGBT上Uge = +16V,此時IGBT導通。
[0048]當PWM控制信號為低時，光耦OC截止，Ul沒有輸出，U2輸出+8V，所以驅(qū)動電路輸出端口 P2加在IGBT上Uge = -8V,此時IGBT截止。
[0049]此外，OC光耦起到隔離控制電路與驅(qū)動電路的作用；在驅(qū)動電路輸出端口 P2前，加一個18V的雙向穩(wěn)壓管，起到柵壓限幅的作用，保證IGBT的柵極電壓不會超過其極限柵極電壓，從而起到保護作用。
[0050]所述保護電路模塊采用霍爾電流傳感器，來檢測IGBT所在的負載支路電流，當支路電流大于預設(shè)報警值如120A時候，將所得的電壓信號處理反饋給DSP芯片，DSP芯片將截止PWM輸出，從而關(guān)斷IGBT，達到過流保護的作用。
[0051]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.列車供電裝置負載試驗臺電流無級調(diào)節(jié)器，其特征在于: 包括連接列車供電裝置負載試驗臺，通過PWM控制信號將列車供電裝置的負載電流調(diào)節(jié)至相應(yīng)的電流值的直流斬波電路； 所述直流斬波電路包括: 主電路模塊，包括電力半導體開關(guān)器件，用于按照驅(qū)動電路模塊輸出的PWM控制信號控制模塊內(nèi)電力半導體開關(guān)器件的開通與關(guān)斷時間占空比來輸出相應(yīng)的電壓值，進而調(diào)節(jié)負載電流值； 控制電路模塊，用于產(chǎn)生電壓脈沖占空比可調(diào)的PWM控制信號送至驅(qū)動電路模塊； 以及驅(qū)動電路模塊，用于按照控制電路模塊輸出的PWM控制信號驅(qū)動控制主電路模塊內(nèi)的電力半導體開關(guān)器件開通與關(guān)斷時間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列車供電裝置負載試驗臺電流無級調(diào)節(jié)器，其特征在于:所述的直流斬波電路還包括保護電路模塊，用于實時檢測負載電流值，在負載電流值超過預設(shè)報警值時產(chǎn)生報警信息至控制電路模塊，使得所述控制電路模塊截止輸出PWM控制信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的列車供電裝置負載試驗臺電流無級調(diào)節(jié)器，其特征在于:所述保護電路模塊優(yōu)選霍爾電流傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列車供電裝置負載試驗臺電流無級調(diào)節(jié)器，其特征在于:所述主電路模塊中的電力半導體開關(guān)器件優(yōu)選IGBT器件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列車供電裝置負載試驗臺電流無級調(diào)節(jié)器，其特征在于:所述控制電路模塊包括用于進行電壓信號AD采樣的電位器以及按照AD采樣值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的PWM值后輸出PWM控制信號的DSP模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列車供電裝置負載試驗臺電流無級調(diào)節(jié)器，其特征在于:所述驅(qū)動電路模塊包括光電耦合器、電源芯片1、電源芯片2以及供電電源；其中所述供電電源用于為所述驅(qū)動電路模塊整個電路供電；所述電源芯片1、電源芯片2分別用于輸出高、低兩種不同電壓值的電源芯片，使得所述光電耦合器隨著PWM控制信號導通或者截止時，控制電力半導體開關(guān)器件開通與關(guān)斷。
【文檔編號】G05F1/56GK104391536SQ201410764423
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月11日
【發(fā)明者】劉永虎, 樊世君, 李壯, 劉莎 申請人:中國北車集團大連機車研究所有限公司