畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于DSP的均壓均流測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、摘要基于dsp的均壓均流測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要電力機(jī)車一般都采用交流制供電，交流電從主變壓器的牽引繞組經(jīng)過硅機(jī)組整流后，向牽引電動(dòng)機(jī)集中供應(yīng)直流電，使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)機(jī)車動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。整流柜的性能將直接影響電力機(jī)車的運(yùn)行能力，而整流柜主整流組件很容易出現(xiàn)擊穿、燒損、放炮等故障，從而導(dǎo)致硅整流裝置出現(xiàn)短路，斷路等故障。作者對(duì)對(duì)上述問題作了較詳細(xì)的研究和探討，并設(shè)計(jì)了一種基于dsp的采用脈沖方式對(duì)電力機(jī)車整流柜進(jìn)行均壓均流測(cè)試的系統(tǒng)。首先對(duì)整流柜的結(jié)構(gòu)功能、工作特性和產(chǎn)生故障的原因進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了對(duì)整流柜進(jìn)行均壓均流測(cè)試的脈沖測(cè)試電路、脈沖觸發(fā)電路、通道信號(hào)處理電路、信號(hào)采集電路以及ds

2、p的接口電路等諸多硬件電路，并且開發(fā)了一套以adc程序和串口通信程序?yàn)橹鞯膁sp軟件，詳細(xì)分析了上述軟硬件的功能、原理和流程圖。最后對(duì)該測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)，肯定了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵詞：電力機(jī)車，dsp，整流柜，均壓均流測(cè)試iabstractthe design of current share and voltage test system base on dspabstractlocomotive general adopt alternating current to power-up, the alternating current come from the drag win

3、ding of main converter was commutated by the rectifier, then supply direct current to the drag electric motor to make the drag electric motor generate torque drive locomotive turning. the behavior of rectifier effect the locomotives ability of running directly, but the commutate component of rectifi

4、er occur broke through, burn down blasting breakdown and so on easily, thereby lead the rectifier to short circuit or block. the writer aim at the issue did detail research and exploration, designed a kind of impulse fashion test system of the locomotive rectifier current share and voltage share bas

5、ed on dspfirstly analyzed the framework function, working characteristics and the reason of breakdown, on this foundation designed the current share and voltage share test impulse circuit, impulse flip-flop circuit, access signal processing circuit, signal collect circuit and the interface circuit a

6、nd so on hardware circuit, and developed a set of dsp software main of adc subprogram and serial interface communication subprogram, analyzed the function principle and flow sheet of hardware and software. finally made a summa of the excogitation of the test system, affirmed the excogitation of the

7、system.key words: locomotive, dsp, rectifier, current share and voltage share test58目錄目錄主要符號(hào)說明1第一章 緒論21.1 前言21.2 整流柜的均壓與均流21.2.1 電力電子器件串聯(lián)時(shí)的均壓21.2.2 電力電子器件并聯(lián)時(shí)的均流31.3 均壓和均流測(cè)試31.3.1 低壓電流測(cè)試(均流測(cè)試)31.3.2 輕載電壓測(cè)試(均壓測(cè)試)31.4 試驗(yàn)裝置及其目的與意義41.4.1 本試驗(yàn)裝置的基本特點(diǎn)41.4.2 本試驗(yàn)裝置的基本原理41.4.3 試驗(yàn)裝置的目的與意義4第二章 整流柜及其均壓均流測(cè)試72.1 整流

8、柜的結(jié)構(gòu)72.2 整流柜的功能和原理82.2.1 整流裝置均流功能分析92.2.2 整流裝置均壓功能分析102.2.3 整流裝置過電壓保護(hù)功能分析102.2.4 整流裝置過電流保護(hù)功能分析112.2.5 晶閘管的di/dt保護(hù)112.3 被測(cè)組件特性112.4 硅機(jī)組均壓均流試驗(yàn)的現(xiàn)狀和本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)132.4.1. 國(guó)內(nèi)電力機(jī)務(wù)段機(jī)車硅機(jī)組均壓均流試驗(yàn)的現(xiàn)狀132.4.2 新型硅機(jī)組均壓均流試驗(yàn)裝置的特點(diǎn)13第三章 均壓、均流試驗(yàn)系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)153.1 總體方案的設(shè)計(jì)153.1.1 試驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)試方案153.1.2 均壓、均流試驗(yàn)系統(tǒng)的組成153.2 電源單元的設(shè)計(jì)173.2.1 硅機(jī)組的均

9、流測(cè)試183.2.2 硅機(jī)組的均壓測(cè)試193.3 觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)203.3.1 被測(cè)可控硅的觸發(fā)電路203.3.2 脈沖電源觸發(fā)電路213.4 信號(hào)采樣與轉(zhuǎn)換223.5 霍爾傳感器223.5.1 霍爾電壓電流傳感器概述223.5.2 霍爾傳感器工作原理233.5.3 霍爾傳感器接線圖24第四章 基于dsp的信號(hào)采集與處理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)284.1 dsp芯片概述284.1.1 dsp芯片的分類284.1.2 dsp系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程294.2 tms320lf240x芯片的特點(diǎn)314.2.1 tms320系列dsp芯片的概況314.2.2 tms320c2000系列dsp芯片的基本結(jié)構(gòu)324.2.3

10、tms320lf240x系列dsp芯片的概述344.3 以tms320lf2407a為核心的信號(hào)采集與傳輸系統(tǒng)354.3.1 tms320lf2407a芯片的adc模塊354.3.2 tms320lf2407adsp的sci模塊37第五章 信號(hào)采集、處理與傳輸軟件設(shè)計(jì)385.1 dsp軟件開發(fā)工具概述385.2 系統(tǒng)軟件的開發(fā)405.2.1 c 語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言的混合編程405.3 adc部分的設(shè)計(jì)415.3.1 adc模塊的電平匹配415.3.2 adc模塊的初始化425.3.3 采樣值轉(zhuǎn)換為有效值435.3.4 adc模塊的軟件設(shè)計(jì)445.4 dsp與pc機(jī)間串行通信部分的設(shè)計(jì)455.4.1

11、 設(shè)置串行通信口455.4.2 邏輯電平轉(zhuǎn)換455.4.3 串口波特率的匹配465.4.4 串行通信的軟件設(shè)計(jì)465.4.5 串口的設(shè)置485.4.6 小結(jié)485.5 測(cè)試運(yùn)行結(jié)果48第六章 總結(jié)516.1 主要工作回顧516.2 本課題今后需進(jìn)一步研究的地方51致謝52參考文獻(xiàn)53附錄a 源程序55個(gè)人簡(jiǎn)歷 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文60主要符號(hào)說明主要符號(hào)說明u 電壓；i 電流；b 磁感應(yīng)強(qiáng)度；ki 并聯(lián)橋臂均流系數(shù)； 各并聯(lián)支路的電流之和；im 通過最大電流支路的電流。ku 串聯(lián)支路均壓系數(shù)； 支路串聯(lián)組件的電壓(v)；um 承受最大電壓組件的電壓(v)；urrm 反向重復(fù)峰值電壓；irrm

12、 反向重復(fù)峰值電流；ufm 正向通態(tài)電壓；ifm 正向通態(tài)電流；e h 霍爾電勢(shì)；kh 霍爾組件靈敏度； 采樣/保持器的捕捉時(shí)間； 采樣/保持器的設(shè)定時(shí)間； a/d轉(zhuǎn)換的時(shí)間；fft 快速傅立葉變換。第一章 緒論第一章 緒論1.1 前言電力機(jī)車的牽引動(dòng)力是電能，但與內(nèi)燃機(jī)車不同，電力機(jī)車本身沒有原動(dòng)力，是依靠外部供電系統(tǒng)供應(yīng)電力，并通過機(jī)車上的整流柜將受電弓從接觸網(wǎng)上取得的交流的電轉(zhuǎn)換成直流，由牽引電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)列車前進(jìn)。由電力機(jī)車實(shí)施的牽引運(yùn)行稱為電力牽引，電力牽引具有功率大、效率高、過載能力強(qiáng)、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低、司機(jī)勞動(dòng)條件好、不污染環(huán)境等一系列優(yōu)點(diǎn)。電力機(jī)車主要由車體、車底架、走行部、車鉤緩沖裝置

13、制動(dòng)裝置和一整套電氣設(shè)備等組成。除電氣設(shè)備外，其余部分都同交直流電力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車相似。電力機(jī)車的硅整流裝置是電力機(jī)車上的關(guān)鍵部件之一。由大功率整流二極管和晶閘管及其附件組成橋式整流電路。其功能是把來自牽引變壓器副邊繞組的交流電整流為直流電，供給牽引電動(dòng)機(jī)使用，同時(shí)兼有調(diào)壓開關(guān)級(jí)間平滑調(diào)壓的作用。機(jī)車在滿負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)候，整流裝置處于高電壓、大電流的狀態(tài)之下，整流柜主整流組件很容易出現(xiàn)擊穿、燒損、放炮等故障，從而導(dǎo)致硅整流裝置出現(xiàn)短路，斷路等故障，進(jìn)而將直接導(dǎo)致機(jī)車故障而中斷運(yùn)輸，這不僅干擾了正常的運(yùn)輸秩序，影響運(yùn)用機(jī)車運(yùn)輸，給運(yùn)輸安全也帶來了隱患，而且由于大量更換組件使檢修成本上升，造成了經(jīng)濟(jì)損

14、失。大功率晶閘管和硅整流管是構(gòu)成硅整流裝置即硅機(jī)組的基本組件，而大功率晶閘管和硅整流管組件的性能又決定了整流柜的性能。因此，測(cè)試它們的基本特性，合理地選配組件，將有助于提高機(jī)車運(yùn)行的可靠性。所以我國(guó)電力機(jī)務(wù)段對(duì)電力機(jī)車上的硅機(jī)組(硅整流裝置)在進(jìn)行段修后，需按檢修規(guī)程要求，進(jìn)行均壓和均流試驗(yàn)，以檢查硅機(jī)組的均壓和均流情況是否符合規(guī)程的要求。3,41.2 整流柜的均壓與均流1.2.1 電力電子器件串聯(lián)時(shí)的均壓對(duì)于電力機(jī)車的整流柜, 為了提高整流柜的電壓等級(jí), 電力半導(dǎo)體器件(二極管、晶閘管)的串并聯(lián)是很常見的。多個(gè)串聯(lián)的電力半導(dǎo)體器件由于其反向特性存在差異, 當(dāng)加上正向或反向電壓時(shí),各個(gè)管子所承

15、受的正、反向電壓也就不同。對(duì)于整流二極管而言,承受正向電壓就會(huì)導(dǎo)通；但在承受反壓時(shí),承受過大反向電壓的管子有可能被擊穿,而其它管子的電壓則利用不充分。而對(duì)于串聯(lián)工作的晶閘管來說,由于正向阻斷特性的差異,在加上正向電壓但沒有給門極觸發(fā)脈沖時(shí),串聯(lián)的晶閘管之間所承受的正向電壓也是不同的。過大的正向電壓有可能使對(duì)應(yīng)的晶閘管正向?qū)ɑ蛘邠p壞,這是電路中所不能允許的。為了使串聯(lián)的電力半導(dǎo)體器件承受的電壓分配均勻,必須對(duì)其進(jìn)行均壓。按照電力機(jī)車的檢修規(guī)程，必須保證硅機(jī)組的均壓系數(shù)在0.95以上。1.2.2 電力電子器件并聯(lián)時(shí)的均流對(duì)于電力機(jī)車整流柜,通常用并聯(lián)多個(gè)電力電子器件的方法來提高整流柜的電流等級(jí)。

16、多個(gè)電力電子器件并聯(lián)時(shí),由于受并聯(lián)支路阻抗差異的影響及器件通態(tài)伏安特性(可控器件還有觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)間的差異)的影響,因而會(huì)造成穩(wěn)態(tài)及瞬間電流的分配不均和開通過程中電流上升率的不同。所以,對(duì)并聯(lián)的電力電子器件,必須采取均流措施。對(duì)于大容量的變流裝置而言,最常用的均流方法是在電力電子開關(guān)器件串聯(lián)一個(gè)均流電抗器。按照電力機(jī)車的檢修規(guī)程，必須保證硅機(jī)組的均壓系數(shù)在0.85以上。在電力機(jī)車整流柜,通常只需采用將器件按其正向通態(tài)特性分組,一般可以滿足均流系數(shù)大于0.85的技術(shù)要求。1.3 均壓和均流測(cè)試1.3.1 低壓電流測(cè)試(均流測(cè)試)在直流輸出端短接或接一個(gè)低值電阻負(fù)載，交流端施加一個(gè)可以提供整流裝置額定

17、輸出電壓12v的低電壓最大電流額定電流為4800a情況下進(jìn)行試驗(yàn)。整流裝置通電時(shí)測(cè)量各橋臂支路的電流、按下式計(jì)算均流系數(shù)不小于0.85。即： (1-1)式中并聯(lián)橋臂均流系數(shù)；各并聯(lián)支路的電流之和(a)；并聯(lián)支路數(shù)；通過最大電流支路的電流(a)。k值越大，說明牽引整流裝置的均流效果越好，在正常運(yùn)行的情況下整流組件的可靠性高。1.3.2 輕載電壓測(cè)試(均壓測(cè)試)輕載電壓試驗(yàn)是整流裝置在很小的負(fù)載下，施加額定交流電壓，檢查整流裝置電路的聯(lián)接是否正確以及靜態(tài)特性是否滿足要求，并測(cè)量串聯(lián)支路組件的均壓系數(shù)。本整流裝置均壓試驗(yàn)測(cè)量橋臂支路串聯(lián)組件的電壓按下式計(jì)算出均壓系數(shù)k不小于0.95。即： (1-2)

18、式中串聯(lián)支路均壓系數(shù)；支路串聯(lián)組件的電壓(v)；串聯(lián)支路數(shù)；承受最大電壓組件的電壓(v)。k值越大，說明牽引整流裝置的均壓效果越好，在正常運(yùn)行的情況下整流組件的可靠性越高。51.4 試驗(yàn)裝置及其目的與意義1.4.1 本試驗(yàn)裝置的基本特點(diǎn)用脈沖方式測(cè)量組件特性的儀器和設(shè)備，國(guó)內(nèi)已有不少單位早已研制和開發(fā)，并已經(jīng)形成正式產(chǎn)品。用dsp進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理技術(shù)發(fā)展已相當(dāng)成熟，在國(guó)內(nèi)也早已在很多領(lǐng)域中得到應(yīng)用。所以本試驗(yàn)裝置采用間隙式脈沖高壓、大電流測(cè)試硅機(jī)組均流均壓系數(shù)的技術(shù)，以dsp為核心的數(shù)據(jù)采集及相應(yīng)的處理軟件和硬件，構(gòu)成了一套完整的硅機(jī)組均壓均流試驗(yàn)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，具有一定的先進(jìn)性和實(shí)

19、用性。1.4.2 本試驗(yàn)裝置的基本原理采用脈沖電源測(cè)量，在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，向被試硅機(jī)組輸出一個(gè)正弦半波電壓，這與整流組件在正常工作時(shí)的導(dǎo)通條件相同。采用高精度霍爾電流傳感器和電壓傳感器作為電流檢測(cè)組件和電壓檢測(cè)組件，使用以dsp為核心的數(shù)據(jù)采集板及相應(yīng)的處理軟件，可自動(dòng)計(jì)算和輸出每個(gè)被測(cè)硅機(jī)組的均流系數(shù)和均壓系數(shù)，并實(shí)時(shí)輸出檢測(cè)結(jié)果。使檢修人員更快更準(zhǔn)確地知道整流柜各支路的均流系數(shù)和均壓系數(shù)，并可以對(duì)各測(cè)量出的值進(jìn)行相關(guān)判斷，從而得出被測(cè)試的整流柜是否合格。在建立了較為完善的段內(nèi)硅機(jī)組檢修數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，可根據(jù)每次段修積累的資料，觀察組件參數(shù)的變化，參照有關(guān)的電力半導(dǎo)體器件的失效判據(jù)，了解和判定各

20、組件的技術(shù)狀態(tài)。使機(jī)務(wù)段能隨時(shí)查看硅機(jī)組的技術(shù)狀態(tài)，為預(yù)防故障狀態(tài)修創(chuàng)造了條件。 61.4.3 試驗(yàn)裝置的目的與意義整流裝置的設(shè)計(jì)要求整流橋任何橋臂上的并聯(lián)支路的電流要基本相等，這樣就不致因某一臂并聯(lián)支路硅組件承擔(dān)過大的電流而燒損或長(zhǎng)期工作在大電流狀態(tài)下而過早地使組件降級(jí)老化而燒損。因此設(shè)計(jì)上要求任何橋臂的均流系數(shù)應(yīng)在0.85以上，各晶閘管兩端的電壓的均壓系數(shù)就在0.95以上，這樣才能保證整流裝置的安全使用。生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)調(diào)試過程中是通過對(duì)硅組件的特性進(jìn)行測(cè)試，將硅組件特性基本一致的搭配成組形成一個(gè)橋臂來實(shí)現(xiàn)0.85以上的均流系數(shù)和0.95以上的均壓系數(shù)。但整流裝置經(jīng)過一段較長(zhǎng)時(shí)間的使用后，通

21、過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)可能發(fā)現(xiàn)其各方面性能均發(fā)生了不同程度的變化，使得均壓系數(shù)或均流系數(shù)不能達(dá)到保證整流裝置安全使用的標(biāo)準(zhǔn)。這就必然出現(xiàn)因某一臂并聯(lián)支路硅組件承擔(dān)過大的電流而燒損或長(zhǎng)期工作在大電流狀態(tài)下而過早地使組件降級(jí)老化而燒損的情況，從而導(dǎo)致電力機(jī)車中斷運(yùn)輸。整流柜性能的變化主要表現(xiàn)在如下幾點(diǎn):(1) 硅元件特性發(fā)生變化，硅元件降級(jí)老化，正向壓降偏離原始出廠參數(shù)。(2) 不同金屬材料間的接觸導(dǎo)致金屬反應(yīng)產(chǎn)生電腐蝕現(xiàn)象是至關(guān)重要的問題:整流裝置硅元件的散熱器為鋁質(zhì)材料，而與其相聯(lián)結(jié)的銅排和硅元件管殼為銅質(zhì)材料，這兩種不同金屬的材料相互聯(lián)結(jié)在一起，長(zhǎng)時(shí)間工作在大電流的狀態(tài)下不可避免地產(chǎn)生金屬間的反應(yīng)，致使

22、兩種不同金屬材料間的接觸面產(chǎn)生電腐蝕，使接觸面產(chǎn)生麻坑，即在硅元件的接線端和硅元件的管殼與散熱器的接觸面產(chǎn)生麻坑，最終導(dǎo)致整個(gè)硅元件管芯與散熱器的接觸電阻增大，硅元件的引出端與元件間的聯(lián)結(jié)銅排間的電阻增大，使硅元件的招體電阻增大。這樣必然產(chǎn)生兩種現(xiàn)象:一種現(xiàn)象是因硅元件的整體電阻增大，通過大電流時(shí)產(chǎn)生損耗發(fā)熱導(dǎo)致元件燒損;另一種是因硅元件有的已產(chǎn)生電腐蝕有的未產(chǎn)生電腐蝕，在一個(gè)橋臂并聯(lián)支路某一支路中的電阻發(fā)生變化，在相同的輸入電壓下，必然造成電流不一致，最后因某一支路承擔(dān)超負(fù)荷的電流而燒損。(3) 硅元件間的聯(lián)接是通過聯(lián)接銅排進(jìn)行聯(lián)接的，聯(lián)接螺栓會(huì)因長(zhǎng)時(shí)間通過大電流而發(fā)熱及電磁力的作用和機(jī)車的

23、振動(dòng)等影響，緊固力發(fā)生變化，使硅元件的聯(lián)接處的接觸電阻發(fā)生變化，最終也因橋臂并聯(lián)支路的電阻不同，而導(dǎo)致橋臂支路間的電流大小不同，支路電流大的硅元件將燒損。從以上三點(diǎn)看出硅元件特性變化必然造成均流系數(shù)的變化；硅元件散熱器與元件管殼之間電腐蝕及硅元件散熱器引出端電腐蝕，均造成硅元件的整體電阻增大，正向壓降自然也因此而增大，實(shí)質(zhì)上等效于硅元件特性發(fā)生變化，不可避免地造成均流系數(shù)發(fā)生變化，破壞了原出廠調(diào)試好的均流系數(shù)，使均流系數(shù)降低到0.85以下，有甚者均流系數(shù)可降低到0.33，從而導(dǎo)致某個(gè)橋臂的支路的電流過大而燒損硅元件。根據(jù)中修修程對(duì)整流裝置均流系數(shù)的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)許多整流裝置某個(gè)橋臂或多個(gè)橋臂其均流

24、系數(shù)極差，僅在0.4與0.7之間，據(jù)此可計(jì)算出機(jī)車運(yùn)行在大坡道區(qū)段時(shí)的段橋整流臂最大支路電流(以ss3b為例):在大坡道區(qū)段機(jī)車電機(jī)電流經(jīng)常以600 a的大電流持續(xù)運(yùn)行，當(dāng)整流裝置的均流系數(shù)在0.4時(shí)，其最大支路的電流為a=6i/(3*kim) =3*600/(3*0.4)=1500a,當(dāng)均流系數(shù)在0.7 時(shí)同樣可算出其最大支路的電流在857.14 a。而整流裝置的整流管的型號(hào)為zp800- 30，其額定工作電流為800 a，因此可以看出在均流系數(shù)降低的情況下，段橋整流臂上最大電流支路的整流元件實(shí)實(shí)在在地承擔(dān)著超過其額定電流很多的電流，這樣整流元件自然就容易發(fā)生燒損和降級(jí)老化等故障現(xiàn)象。而某一

25、支路的1個(gè)硅元件燒損，便發(fā)生惡性循環(huán)，有可能造成整個(gè)橋臂支路燒損等事故。從上述可見，電力機(jī)車的整流裝置在裝車前或是進(jìn)行檢修時(shí)進(jìn)行均壓均流試驗(yàn)是多么的重要和必需，對(duì)整流裝置的各支路的均流試驗(yàn)和各串聯(lián)晶閘管(機(jī)車檢修需要時(shí))的均壓試驗(yàn)是否準(zhǔn)確可靠，直接關(guān)系到機(jī)車的安全運(yùn)行和國(guó)家人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。對(duì)這項(xiàng)試驗(yàn)的檢修是否方便快捷也是關(guān)系到測(cè)試人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，因此本論文針對(duì)這些實(shí)際的情況詳細(xì)設(shè)計(jì)了基于dsp的均壓均流測(cè)試系統(tǒng)以滿足機(jī)車整流裝置檢修的需求。所以本文以介紹ss3b電力機(jī)車硅機(jī)組為對(duì)象，設(shè)計(jì)了一種基于dsp的采用間隙式脈沖高壓、大電流測(cè)試硅機(jī)組均流均壓系數(shù)的技術(shù)，進(jìn)行均壓均流測(cè)試的系統(tǒng)，還可根

26、據(jù)硅機(jī)組型號(hào)的不同對(duì)系統(tǒng)稍加改進(jìn)。與各種該系統(tǒng)能夠較準(zhǔn)確地對(duì)整流柜的整體性能及有關(guān)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，使整流柜硅元件達(dá)到最佳匹配狀態(tài)，保證了機(jī)車正常運(yùn)行。該產(chǎn)品具有dsp自動(dòng)數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，為整流柜的檢修提供重要的參數(shù)。該產(chǎn)品的推廣使用，將為電力機(jī)務(wù)段檢修整流柜提供先進(jìn)可靠的手段，降低整流柜故障的返修率，同時(shí)必將帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。第二章 整流柜及其均壓均流測(cè)試第二章 整流柜及其均壓均流測(cè)試2.1 整流柜的結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)上來說各種電力機(jī)車上的整流柜的結(jié)構(gòu)不太相同，但由于機(jī)車的發(fā)展是一個(gè)連續(xù)的過程，所以其結(jié)構(gòu)都具有相似性，只是根據(jù)具體的電力機(jī)車的主要用途和功能所以其整流裝置存在差異。以韶

27、山3型4000系電力機(jī)車(簡(jiǎn)稱韶山3b型)為例，韶山3b型電力機(jī)車采用大功率硅整流管和晶閘管組成的橋式全波整流電路的tgz11型整流裝置，每臺(tái)機(jī)車的整流裝置由i端整流柜和ii端整流柜組成。每個(gè)整流柜組成一個(gè)獨(dú)立的三段不等分半控橋，向1個(gè)轉(zhuǎn)向架3臺(tái)并聯(lián)工作的牽引電動(dòng)機(jī)供電。但是i端整流柜要比ii端整流柜多二個(gè)可控橋臂，作為電阻制動(dòng)時(shí)供給兩個(gè)轉(zhuǎn)向架6臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流。除此以外，兩個(gè)整流柜的外形尺寸和安裝位置都是相同的。半導(dǎo)體組件在柜內(nèi)的布置和接線如圖2-1所示：圖2-1 韶山3b型機(jī)車整流柜原理圖fig.2-1 locomotive rectifier schematic of shaosh

28、an 3btgz11型整流裝置由晶閘管、整流管、觸發(fā)脈沖輸出部分、快速熔斷器、rc保護(hù)、安裝構(gòu)架、匯流母排和控制導(dǎo)線等組成。整流裝置主電路接線原理圖見圖22。它由兩個(gè)串聯(lián)橋組成單相半控橋式整流電路，向3臺(tái)并聯(lián)工作的牽引電動(dòng)機(jī)供電。全車共有這樣獨(dú)立的兩套系統(tǒng)。串聯(lián)橋的第一個(gè)半控橋由四個(gè)橋臂組成，t11、t12是可控管，d11、d12是不可控臂。每個(gè)橋臂均由2串3并半導(dǎo)體組件組成，第二個(gè)橋由八個(gè)橋臂組成。d13、d14是不可控臂，由整流管2串3并組成，其余都是可控橋臂。其中t15、t16橋臂承受的電壓最高，由2串3并晶閘管組成。t13、t14橋臂承受的電壓為前者的1/2，因此它由晶閘管1串3并組成

29、。t17、t18橋臂是供給電阻制動(dòng)勵(lì)磁電流的。制動(dòng)時(shí)各牽引電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組相互間接成串聯(lián)，供給它的勵(lì)磁電源電壓為牽引工況橋臂的1/3，所以它僅由1個(gè)晶閘管組成，但是牽引時(shí)它承受的反向電壓又比t13、t14高，為t15、t16的2/3。為了安全起見，在橋臂晶閘管上串聯(lián)1只整流管來分擔(dān)其承受的反向電壓。圖2-2 整流裝置主電路原理圖fig.2-2 rectifier schematic of main circuit2.2 整流柜的功能和原理tgzll型是供韶山3b型電力機(jī)車使用的整流裝置，它由大功率整流二極管和晶閘管及其附件所組成，具有以下功能：1.把交流電變?yōu)橹绷麟姽┙o牽引電動(dòng)機(jī)；2.進(jìn)行平滑

30、調(diào)壓；3.供給制動(dòng)勵(lì)磁電流，并可平滑調(diào)節(jié)該電流。其它類型電力機(jī)車的整流柜也具有同樣的功能tgzll型車整流裝置有下述優(yōu)點(diǎn)：1.采用不等分三段順控橋，可實(shí)現(xiàn)整流和無級(jí)相控調(diào)壓，持續(xù)工況運(yùn)行它具有多段橋的優(yōu)點(diǎn)，有利提高功率因子，減少諧波成分。2.觸發(fā)脈沖部分采用韶山6型電力機(jī)車用的脈沖輸出模塊，技術(shù)指針先進(jìn)，工作可靠。2.2.1 整流裝置均流功能分析整流裝置的主橋臂由三個(gè)并聯(lián)支路組成，通過各并聯(lián)支路的電流不會(huì)完全一樣。流過大電流支路的半導(dǎo)體組件有可能過載而損壞，電流小的支路則組件沒有充分利用。最理想的是讓所有并聯(lián)支路通過的電流都一樣，即所謂均流。實(shí)際上這是不可能的，因?yàn)橛性S多因素影響電流的均勻分配

31、。例如：半導(dǎo)體組件正向特性的差異，匯流母排的影響，串聯(lián)組件之間連接導(dǎo)線的影響，快速熔斷器之間電阻值的差異，接觸電阻的影響，以及冷卻風(fēng)分布不均勻相上下層之間冷卻風(fēng)溫度不同的影響等。這許多影響因素中，最主要的是半導(dǎo)體組件的正向特性。因此，為使各并聯(lián)支路的電流分配趨向一致，最簡(jiǎn)單的方法就是在工廠組裝時(shí)，各并聯(lián)支路按整流管的正向壓降或晶閘管的通態(tài)電壓進(jìn)行編組。這樣做了以后，出廠試驗(yàn)時(shí)只需稍許調(diào)整，一般均可達(dá)到技術(shù)要求的均流系數(shù)0.85。對(duì)于并聯(lián)工作的晶閘管，還要考慮它們的動(dòng)態(tài)均流問題。所謂動(dòng)態(tài)均沈就是并聯(lián)晶閘管在開通過程中的均流。由于晶閘管開通時(shí)間的不同，首先導(dǎo)通的組件，不僅要承受橋臂的全部電流，而且

32、自身并聯(lián)的電容器以及其它未導(dǎo)通晶閘管并聯(lián)的電容器也會(huì)瞬間向它放電，使其承受一個(gè)迅速增長(zhǎng)的di/dt，造成半導(dǎo)體組件內(nèi)局部過熱而損壞，如圖2-3所示。圖2-3 一個(gè)晶閘管先導(dǎo)通時(shí)，流過的放電電流示意圖fig.2-3 the sketch map of current through the thyristor which is first on為了動(dòng)態(tài)均流，對(duì)于只串聯(lián)一個(gè)晶閘管的t13、t14橋臂，在每個(gè)晶閘管支路串聯(lián)一只由磁環(huán)構(gòu)成的均流電抗器。在某支路電流迅速增長(zhǎng)的瞬間，該支路電抗器上將會(huì)感應(yīng)出一個(gè)反電勢(shì)，阻止電流的增長(zhǎng)，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)均流的作用。但是，當(dāng)電流增長(zhǎng)到一定數(shù)值以后，磁芯飽和，電抗器

33、也就不起作用了。2.2.2 整流裝置均壓功能分析串聯(lián)工作的半導(dǎo)體組件，由于它們的反向特性有差異，當(dāng)加上反向電壓時(shí)，各串聯(lián)組件所承受的反向電壓就不同。承受過大反向電壓的組件有可能被反向擊穿，而其它組件的電壓利用也不充分。此外，串聯(lián)工作的晶閘管由于正向阻斷特性的差異，在加上正向電壓，但沒有門板觸發(fā)脈沖信號(hào)時(shí)，串聯(lián)組件之間承受的正向阻斷電壓也是不相同的。過大的正向電壓有可能使晶閘管正向轉(zhuǎn)折而導(dǎo)通，這是電路中不能允許的，同時(shí)這種不正常的轉(zhuǎn)折導(dǎo)通多來幾次，晶閘管的正向阻斷特性有可能喪失而成為整流二極管了。為使串聯(lián)組件承受的電壓分配均勻，即所謂均壓，通常在每個(gè)串聯(lián)組件的兩端并聯(lián)均壓電阻。選取的均壓電阻值，

34、一般要比半導(dǎo)體組件的反向電阻值小得多，而且在工廠組裝時(shí)要對(duì)每只均壓電阻進(jìn)行阻值測(cè)量并分組，使每個(gè)串聯(lián)支路的各均壓電阻值基本相等，這樣支路串聯(lián)組件之間的電壓分配就可以按并聯(lián)均壓電阻值進(jìn)行分配而趨向一致了。這里選取均壓電阻為30kq、30w的線繞電阻，并聯(lián)均壓電阻以后，在最高工作電壓下，各串聯(lián)支路的均壓系數(shù)可以達(dá)到0.95以上。半導(dǎo)體組件在正向?qū)ńY(jié)束加上反向電壓時(shí)，由于載流子積蓄效應(yīng)，存在著反向恢復(fù)電荷。組件需要經(jīng)過幾微秒到幾十微秒之后才能恢復(fù)反向阻斷能力，在恢復(fù)反向阻斷能力的瞬間，對(duì)組件將產(chǎn)生一個(gè)所謂換相過電壓。由于各組件的反向恢復(fù)電荷不盡相同，串聯(lián)工作時(shí)，各組件產(chǎn)生的換相過電壓也不同，組件之

35、間特產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)態(tài)不平衡電壓u。反向恢復(fù)電荷最少的組件，最先恢復(fù)反向阻斷能力，將承受支路的全部反向電壓。為使串聯(lián)組件動(dòng)態(tài)均壓，可借助在半導(dǎo)體組件兩端并聯(lián)電容和電阻、并盡量減少串聯(lián)組件之間的反向恢復(fù)電荷差異來達(dá)到。本裝置在每只整流管和晶閘管兩端并聯(lián)1uf的電容器、22電阻作為動(dòng)態(tài)均壓用。同時(shí)要求串聯(lián)工作的整流管和晶閘管之間反向恢復(fù)電荷之差不大于400c。2.2.3 整流裝置過電壓保護(hù)功能分析晶閘管和整流管從導(dǎo)通轉(zhuǎn)換到截止而承受反向電壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)峰值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常工作電壓的換相過電壓，如不采取措施將會(huì)導(dǎo)致組件損壞。通常在半導(dǎo)體組件兩端并聯(lián)電容器和電阻器進(jìn)行保護(hù)如圖24所示。前述瞬態(tài)均壓用的1f電容和

36、22電阻支路也起著過電壓保護(hù)的作用。電阻可在晶閘管導(dǎo)通的瞬間，限制電容器向晶閘管放電的di/dt，并對(duì)換相過電壓產(chǎn)生的振蕩有阻尼作用。圖2-4 過電壓保護(hù)電阻、電容fig.2-4 over voltage protective resistance、capacitance對(duì)于裝置以外侵入的過電壓，則由機(jī)車主電路設(shè)置在變壓器次邊的rc回路進(jìn)行保護(hù)，要求把過電壓抑制在變壓器次邊電壓的2倍以下。2.2.4 整流裝置過電流保護(hù)功能分析整流裝置本身不帶短路保護(hù)，遇有牽引電動(dòng)機(jī)接地、環(huán)火或半導(dǎo)體組件文路擊穿而引起的短路，由機(jī)車主斷路器跳閘分?jǐn)嘀麟娐愤M(jìn)行保護(hù)。為使整流裝置內(nèi)流過短路電流的其它半導(dǎo)體組件不致?lián)p

37、壞，受半導(dǎo)體組件過載能力的限制，要求主斷路器的動(dòng)作時(shí)間在3個(gè)周波即0.06s以內(nèi)。對(duì)于t13、t14橋劈和勵(lì)磁橋劈，為更加可靠起見，每只晶閘管都串聯(lián)有1個(gè)ngt3630/380型快速熔斷器加以保護(hù)，該快速熔斷器的額定電流(有效值)為630a。2.2.5 晶閘管的di/dt保護(hù)我們知道，晶閘管具有正向阻斷特性，就是加上正向電壓，門極不給觸發(fā)脈沖時(shí)它是不會(huì)自行導(dǎo)通的。一旦給出門極觸發(fā)脈沖，晶閘管就開始導(dǎo)通。導(dǎo)通過程首先從門極開始，逐漸向門極周圍的陰極而擴(kuò)展而達(dá)到全面導(dǎo)通。如果導(dǎo)通過程電流增長(zhǎng)過快，即di/dt過大，而導(dǎo)通擴(kuò)展的面積還不夠大時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生局部電流密度過高把半導(dǎo)體組件燒壞。為此，對(duì)于只有

38、1個(gè)組件串聯(lián)的t13、t14橋臂，在每個(gè)晶閘管上串聯(lián)1個(gè)均流電抗器來限制過快增長(zhǎng)的di/dt。如前所述，該電抗器還具有橋臂支路動(dòng)態(tài)均流的作用。從對(duì)整流柜的功能分析可以看出，雖然就其最初的設(shè)計(jì)而言是為了達(dá)到理想的均壓均流的功能，但由于器件本身的原因和制造安裝時(shí)的原因使得整流裝置不能達(dá)到比較理想的狀態(tài)，所以對(duì)電力機(jī)車的整流裝置在裝車前有必要對(duì)其進(jìn)行均壓、均流測(cè)試，均壓均流測(cè)試系統(tǒng)的研制的意義就在于此。2.3 被測(cè)組件特性硅整流管的伏安特性曲線，如圖2-5所示。對(duì)應(yīng)于b點(diǎn)電流叫正向平均電流，它是半個(gè)周期里流過硅整流管的電流，在一個(gè)周期內(nèi)的平均電流值。此時(shí)電壓大約0.450.55v左右。uf為正向平均

39、電壓(正向壓降)，是正半周電壓降在一個(gè)周期內(nèi)的平均值，即實(shí)際電壓的一半左右。urrm為反向重復(fù)峰值電壓，對(duì)應(yīng)的電流irrm為反向重復(fù)峰值電流(也稱漏電流)。圖2-5 整流管伏安特性曲線fig.2-5 rectifying tube volt-ampere characteristis curve晶閘管的伏安特性曲線，如圖2-6所示。其反向特性與硅整流管一樣。正向特性則為：正向電壓在一定限度內(nèi)，門極電流ig等于0時(shí)，晶閘管與硅整流管的反向特性相似，呈現(xiàn)阻斷狀態(tài)(oa段)，當(dāng)正向電壓超過一定限度(a點(diǎn))時(shí)，漏電流增大，晶閘管突然變?yōu)閷?dǎo)通，此時(shí)電壓叫做正向轉(zhuǎn)折電壓ubo。正常工作時(shí)，ig達(dá)到規(guī)定的電

40、流使晶閘管導(dǎo)通，ut點(diǎn)為正向通態(tài)平均電流時(shí)的正向平均通態(tài)電壓。圖2-6 晶閘管伏安特性曲線fig.2-6 thyristor volt-ampere characteristis curve其中，根據(jù)機(jī)車實(shí)際要求，試驗(yàn)臺(tái)的主要測(cè)試點(diǎn)為以下4個(gè)參數(shù)：(1)反向重復(fù)峰值電壓urrm，03000v；(2)反向重復(fù)峰值電流irrm，060ma；(3)正向通態(tài)電壓ufm(ut)，05v；(4)正向通態(tài)電流ifm(it)，02500a。2.4 硅機(jī)組均壓均流試驗(yàn)的現(xiàn)狀和本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)2.4.1. 國(guó)內(nèi)電力機(jī)務(wù)段機(jī)車硅機(jī)組均壓均流試驗(yàn)的現(xiàn)狀 我國(guó)電力機(jī)務(wù)段對(duì)電力機(jī)車上的硅機(jī)組(硅整流裝置)在進(jìn)行段修后，按檢修

41、規(guī)程要求，需進(jìn)行均壓和均流試驗(yàn)，用以檢查硅機(jī)組的均壓和均流情況是否符合規(guī)程的要求。均壓試驗(yàn)由于試驗(yàn)設(shè)備容量小，測(cè)試較方便，大多能正常進(jìn)行；而均流試驗(yàn)則存在一些困難和問題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：試驗(yàn)沒備容量大，試驗(yàn)耗電大按現(xiàn)有段修規(guī)程(ss3型機(jī)車)要求，均流試驗(yàn)時(shí)，需給被試硅機(jī)組通以3300安(最大4800安)的大電流，15分鐘后，在熱狀態(tài)下進(jìn)行各支路電流的測(cè)量：現(xiàn)有的均流試驗(yàn)設(shè)備多半是從段內(nèi)的配電變壓器取電，通過試驗(yàn)裝置中的感應(yīng)調(diào)壓器和低壓大電流變壓器給被試硅機(jī)組提供單相工頻可調(diào)的大電流，調(diào)壓器的容量大多在36100kva左右，一些機(jī)務(wù)段的配電變壓器常難以滿足要求。試驗(yàn)工作難度大，工作條件

42、差連結(jié)導(dǎo)線需要采用大截面的銅排，連結(jié)處要求接觸良好， 以避免通過大電流時(shí)發(fā)生過熱現(xiàn)象，給接線工作增加了難度；較長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)大電流，在試驗(yàn)變壓器、連結(jié)銅排和硅機(jī)組中產(chǎn)生大量的熱量，使試驗(yàn)場(chǎng)所溫度升高，持續(xù)的大電流還產(chǎn)生電磁噪音，惡化了工作條件和測(cè)試的準(zhǔn)確度。更換組件時(shí)，缺少足夠的資料依據(jù)來選擇替換的組件當(dāng)被試硅機(jī)組的均流系數(shù)不符合要求，需要更換組件時(shí)，選擇被更換的組件和替換組件，都缺少足夠的較為科學(xué)的資料依據(jù)，使組件的更換帶有一定程度的盲目性，而延長(zhǎng)了檢修時(shí)間。2.4.2 新型硅機(jī)組均壓均流試驗(yàn)裝置的特點(diǎn) 采用脈沖工作方式，試驗(yàn)變壓器容量小，試驗(yàn)耗電大為減少。 本試驗(yàn)裝置在試驗(yàn)時(shí)，向被試硅機(jī)組輸

43、出一個(gè)正弦半波電壓，與整流組件在正常工作時(shí)導(dǎo)通條件相同。一臺(tái)機(jī)車(ss3型)2臺(tái)硅機(jī)組的均流試驗(yàn)，總計(jì)通電時(shí)間僅需3秒左右，耗電和發(fā)熱將大大減小，由于每次通電時(shí)間極短對(duì)配電系統(tǒng)的影響甚微。利用dsp的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊adc進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，測(cè)試自動(dòng)化程度較高，測(cè)試資料的實(shí)時(shí)性較好，測(cè)試精度得以提高，測(cè)試速度快，耗時(shí)少。采用dsp進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和輸出，可自動(dòng)計(jì)算和輸出被測(cè)硅機(jī)組的均壓均流系數(shù)：在積累了一定的測(cè)試資料后，還可給出更換組件的提示(包括更換的組件號(hào)和對(duì)均流、均壓系數(shù)不符合要求的支路組件參數(shù))?？蔀楦鼡Q組件提供需要的參數(shù)均流試驗(yàn)中，在測(cè)量支路電流時(shí)，可同時(shí)測(cè)量該支路各組件的通態(tài)壓降，并利用計(jì)算機(jī)對(duì)

44、硅機(jī)組的組件網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障診斷分析，為更換組件提供必要的參數(shù)依據(jù)。為電力機(jī)務(wù)段機(jī)車維修的微機(jī)管理和硅機(jī)組的狀態(tài)修創(chuàng)造了條件可方便地建立硅機(jī)組檢修數(shù)據(jù)文件，便于與機(jī)務(wù)段的微機(jī)管理系統(tǒng)銜接。在建立了較為完善的段內(nèi)硅機(jī)組檢修數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，可根據(jù)每次段修積累的資料，觀察組件參數(shù)的變化，參照有關(guān)的電力半導(dǎo)體器件的失效判據(jù)，了解和判定各組件的技術(shù)狀態(tài)。使機(jī)務(wù)段能隨時(shí)查看硅機(jī)組的技術(shù)狀態(tài)，為預(yù)防故障狀態(tài)修創(chuàng)造了條件。還可根據(jù)用戶要求，增設(shè)功能。由于本設(shè)備具有上述諸多的優(yōu)點(diǎn)，因此使用新型均壓、均流試驗(yàn)裝置無疑是給機(jī)務(wù)段提供了一套便捷而又經(jīng)濟(jì)的測(cè)試設(shè)備，隨著本設(shè)備的使用，各機(jī)務(wù)段必將在硅機(jī)組的檢修和運(yùn)用方面提高

45、一個(gè)檔次，大量節(jié)省人力和物力資源，完善測(cè)試手段，縮短檢修時(shí)間，減少元器件的損耗，同時(shí)降低了硅機(jī)組的故障率。5 第三章 均壓、均流試驗(yàn)系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)第三章 均壓、均流試驗(yàn)系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)3.1 總體方案的設(shè)計(jì)3.1.1 試驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)試方案按照傳統(tǒng)的方法為了建立均壓、均流測(cè)試環(huán)境，需要在整流器內(nèi)部通過上千安培的電流，并且有上千伏的電壓，如果按照機(jī)車實(shí)際，直接給牽引電機(jī)供電，則需要幾千瓦的能量，這是不切實(shí)際的，既耗費(fèi)人力能量，又不可能提供如此大的負(fù)載，還增加不安全因素。在國(guó)際上，前蘇聯(lián)在1983年在變電所的變流機(jī)組的均流、均壓狀態(tài)檢測(cè)中，采用了新型脈沖供電方式，但提供的脈沖大電流不是工頻正弦電流，因

46、此，使硅機(jī)組在試驗(yàn)過程和使用過程中的導(dǎo)通情形大相徑庭，參數(shù)采用峰值電壓表。1991年前蘇聯(lián)又相繼在機(jī)車整流裝置的檢測(cè)中采用了脈沖方式電源，但它主要是為了檢測(cè)硅元件的反向漏電流，用于元件的故障診斷和失效預(yù)測(cè)。而用脈沖方式測(cè)量元件特性的儀器和設(shè)備，國(guó)內(nèi)已有不少單位早已研制和開發(fā)，并已經(jīng)形成正式產(chǎn)品。用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理技術(shù)發(fā)展已相當(dāng)成熟，在國(guó)內(nèi)也早已在很多領(lǐng)域中得到應(yīng)用。因此, 本系統(tǒng)的均壓、均流測(cè)試裝置采用脈沖電源、基于dsp的均壓、均流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)及相關(guān)軟件。構(gòu)成了一套完整的硅機(jī)組均壓、均流試驗(yàn)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，具有一定的先進(jìn)性和實(shí)用性。我們采用脈沖工作方式，以降低試驗(yàn)變壓

47、器容量，減少試驗(yàn)耗電量。即在試驗(yàn)時(shí)，向被試驗(yàn)硅機(jī)組輸出一個(gè)正弦半波電壓，與整流組件在正常工作時(shí)的導(dǎo)通條件相同。一臺(tái)機(jī)車(ss3b型)2臺(tái)硅機(jī)組的均流試驗(yàn)，總計(jì)通電時(shí)間僅需3秒左右，耗電和發(fā)熱將大大減小，每次通電時(shí)間極短(10ms)對(duì)配電系統(tǒng)的影響甚微。采用基于dsp的均壓、均流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有利于提高數(shù)據(jù)采集的精度和實(shí)時(shí)性。63.1.2 均壓、均流試驗(yàn)系統(tǒng)的組成試驗(yàn)系統(tǒng)主要由電源單元（包括均流電源和均壓電源）、觸發(fā)控制單元、霍爾電流傳感器和霍爾電壓傳感器、數(shù)字信號(hào)處理器（dsp）、顯示器及打印機(jī)組成?；究驁D，如圖3-1所示。圖3-1 測(cè)試系統(tǒng)原理框圖fig.3-1 principle sche

48、matic of test system一、電源單元均流電源的輸入輸出特性如下：(1)輸入： 電壓(交流50hz) 380v 最大電流(交流50hz) 200a(2)輸出： 最大輸出電流(峰值) 4800a 空載電壓(脈沖) 21v 額定輸出電壓(脈沖) 12v均壓電源的輸入輸出特性如下：(1)輸入： 電壓(交流50hz) 380v 最大電流(交流50hz) 3a(2)輸出： 最大輸出電壓(峰值) 3300v 最大輸出電流(峰值) 200ma二、觸發(fā)控制單元(1)電源電壓(工頻) 220v(2)脈沖輸出單元 輸出合格脈沖信號(hào)三、信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換單元(采用電流傳感器和電壓傳感器采集)(1)電流信號(hào)

49、信道 4路(可根據(jù)用戶要求設(shè)計(jì)) 最大量程 1000a路(2)電壓信號(hào)信道 2路(可根據(jù)用戶要求設(shè)計(jì)) 最大量程 1000v路四、dsp信號(hào)處理系統(tǒng)(1)數(shù)據(jù)采集處理子模塊(2)串行通信子模塊(3)接口電路3.2 電源單元的設(shè)計(jì)由于本測(cè)試系統(tǒng)是采用間隙式脈沖高壓、大電流測(cè)試硅機(jī)組均流均壓系數(shù)的技術(shù)進(jìn)行均壓、均流測(cè)試，即要求在進(jìn)行均壓測(cè)試時(shí)向被測(cè)支路輸入間隔為3秒鐘的高壓半正弦波，即要求在進(jìn)行均流測(cè)試時(shí)向被測(cè)支路輸入間隔為3秒鐘的大電流半正弦波，所以為了能夠?qū)崿F(xiàn)每隔3秒鐘向被試硅機(jī)組輸出一個(gè)如圖32所示的半正弦波的目的，可以利用555定時(shí)器設(shè)計(jì)專門的觸發(fā)電路，對(duì)均壓電源和均流電源的可控硅進(jìn)行適當(dāng)

50、控制，具體的觸發(fā)電路將在后文中作詳細(xì)說明。圖3-2 延時(shí)三秒輸出脈沖fig.3-2 delay 3 second output impulse為了能夠方便地進(jìn)行均壓測(cè)試和均流測(cè)試，在本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分設(shè)計(jì)了如圖33所示的均壓、均流主電路。具體功能為：當(dāng)按下均壓測(cè)試開關(guān)qa1時(shí)，均壓電路導(dǎo)通并使相應(yīng)的指示燈亮，而且可以通過zj1接到的蜂鳴器發(fā)出聲音，此時(shí)可以進(jìn)行硅機(jī)組的均壓測(cè)試，與此同時(shí)均流測(cè)試的開關(guān)qa2將失去作用并使均流電路保持?jǐn)嗦罚o均壓電路中的晶閘管輸入觸發(fā)脈沖后，通過分壓電阻將均壓測(cè)試電源電壓調(diào)節(jié)在適合作均壓測(cè)試的位置，即保證有電壓為3300v電流為200ma的高電壓小電流的均壓電源

51、輸出；同樣當(dāng)按下均流測(cè)試開關(guān)qa2時(shí)，均流電路導(dǎo)通并使相應(yīng)的指示燈亮，而且可以通過zj2接到的蜂鳴器發(fā)出聲音，此時(shí)可以進(jìn)行硅機(jī)組的均流測(cè)試，與此同qa1將失去作用并使均壓電路保持?jǐn)嗦?，給均流電路中的晶閘管輸入觸發(fā)脈沖后，通過限流電阻將均流測(cè)試電源電流調(diào)節(jié)在適合作均流測(cè)試的位置，即保證有電壓為12v最大電流為4800a低電壓大電流的均流電源輸出。圖3-3 主電路圖fig.3-3 main circuit schematic3.2.1 硅機(jī)組的均流測(cè)試本測(cè)試系統(tǒng)以ss3b三段順控橋車型的為測(cè)試對(duì)象，由于一個(gè)整流柜就是一個(gè)三段順控橋，所以一般可以將這些車的變流裝置直接按照橋式整流接線，只要將三段順控

52、橋的輸出短接即可。測(cè)試電路如圖3-4所示:圖34 ss3b型機(jī)車均流試驗(yàn)接線圖fig.3-4 ss3b locomotive rectifier current share test connect graph在測(cè)試時(shí)可以把大電流變壓器輸出端接在al-xl端，測(cè)量dl,d2,t1,t2各管的均流情況，這時(shí)，由于三段順控橋的輸出短接(1,3或2,4號(hào)線短接)。進(jìn)行上述測(cè)量時(shí)，d3, d4管將達(dá)到續(xù)流的作用。再改接到a2-x2端，測(cè)量d3,d4,t3,t4各管的均流情況，這時(shí)dl,d2管將起到續(xù)流的作用。在上述接線下進(jìn)行ss3b型機(jī)車試驗(yàn)時(shí)，總電流額定值為1650a(2400a),單管電流額定值為

53、250a,警戒值為300a。進(jìn)行ss3b型機(jī)車試驗(yàn)時(shí)，一次可以測(cè)量4個(gè)橋臂的12條支路均流情況(將112號(hào)測(cè)試傳感器分別夾在待測(cè)的支路上)，一個(gè)柜子共有10個(gè)橋臂，需要測(cè)量3次(即前兩次每次測(cè)量4個(gè)橋臂，最后一次測(cè)量2個(gè)橋臂，且最后一次測(cè)量只用到1-s號(hào)測(cè)試傳感器)。在實(shí)際工作中，主要關(guān)注支路中最大電流是否超標(biāo)，所以我們一般按照式3-1進(jìn)行計(jì)算，即以最大電流支路計(jì)算的均流系數(shù)為準(zhǔn)。 (3-1)式中并聯(lián)橋臂均流系數(shù)；各并聯(lián)支路的電流之和(a)；并聯(lián)支路數(shù)；通過最大電流支路的電流(a)。3.2.2 硅機(jī)組的均壓測(cè)試對(duì)于電力機(jī)車的整流柜, 為了提高整流柜的電壓等級(jí), 電力半導(dǎo)體器件(二極管、晶閘管)

54、常常進(jìn)行串聯(lián)，對(duì)于這種具有晶閘管和整流管串聯(lián)的裝置為了使串聯(lián)的電力半導(dǎo)體器件承受的電壓分配均勻,必須對(duì)其進(jìn)行均壓，所以應(yīng)該測(cè)量管子之間的均壓系數(shù)。例如在進(jìn)行ss3b型機(jī)車的試驗(yàn)時(shí)，一般需要將一個(gè)柜的兩個(gè)橋臂接成對(duì)接方式，然后把高壓交流電源加在兩個(gè)橋臂的尾部，即可分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)橋臂的均壓。如圖3-5所示：圖3-5 ss3b型機(jī)車整流柜均壓試驗(yàn)接線圖fig.3-5 ss3b locomotive rectifier voltage share test connect graph在此測(cè)試系統(tǒng)的電壓檢測(cè)當(dāng)中，設(shè)計(jì)為一次可以測(cè)試多個(gè)晶閘管兩端的電壓，比如根據(jù)需要可以一次只測(cè)2個(gè)或4個(gè)或6個(gè)晶閘管兩端的電

55、壓。在實(shí)際工作中，主要關(guān)注支路中最大電壓是否超標(biāo)，所以我們一般按照式3-2進(jìn)行計(jì)算，即以最大電流支路計(jì)算的均壓系數(shù)為準(zhǔn)。即： (3-2)式中串聯(lián)支路均壓系數(shù)；支路串聯(lián)組件的電壓(v)；串聯(lián)支路數(shù)；承受最大電壓組件的電壓(v)。k值越大，說明牽引整流裝置的均壓效果越好，在正常運(yùn)行的情況下整流組件的可靠性越高。3.3 觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)3.3.1 被測(cè)可控硅的觸發(fā)電路可控硅的是一種能在高電壓、大電流條件下工作，具有耐壓高、容量大、體積小等優(yōu)點(diǎn)，它是大功率開關(guān)型半導(dǎo)體器件。只有當(dāng)可控硅陽(yáng)極a與陰極k之間加有正向電壓，同時(shí)控制極g與陰極間加上所需的正向觸發(fā)電壓時(shí)，方可被觸發(fā)導(dǎo)通。此時(shí)a、k間呈低阻導(dǎo)通狀態(tài)，陽(yáng)極a與陰極k間壓降約1v。單向可控硅導(dǎo)通后，控制器g即使失去觸發(fā)電壓，只要陽(yáng)極a和陰極k之間仍保持正向電壓，單向可控硅繼續(xù)處于低阻導(dǎo)通狀態(tài)。只有把陽(yáng)極a電壓拆除或陽(yáng)極a、陰極k間電壓極性發(fā)生改變（交流過零）時(shí)，單向可控硅才由低阻導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換為高阻截止?fàn)顟B(tài)。單向可控硅一旦截止，即使陽(yáng)極a和陰極k間又重新加上正向電壓，仍需在控制極g和陰極k間有重新加上正向觸發(fā)電壓方可導(dǎo)通。單向可控硅的導(dǎo)通與截止?fàn)顟B(tài)相當(dāng)于開關(guān)的閉合與斷開狀態(tài)，用它可制成無觸點(diǎn)開關(guān)。所以必須通過