氣體型流量傳感器在電力機(jī)車上的應(yīng)用

圖爾克（天津）傳感器有限公司 張祖魁

1 前言

中國(guó)某電力機(jī)車有限責(zé)任公司，是我國(guó)電力機(jī)車研發(fā)制造的重要基地。公司引進(jìn)法國(guó)阿爾斯通（Alstom）公司技術(shù)，聯(lián)合設(shè)計(jì)生產(chǎn)的“和諧D2”型大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車，代表了國(guó)內(nèi)交流傳動(dòng)電力機(jī)車的最高配置，同時(shí)也具備了國(guó)際先進(jìn)水平。

“和諧D2”型電力機(jī)車（又稱“HXD2型電力機(jī)車”）為八軸大功率交流傳動(dòng)貨運(yùn)機(jī)車，是在阿爾斯通公司的PRIMABB43700型電力機(jī)車的基礎(chǔ)上開發(fā)出來(lái)的。機(jī)車采用微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制，標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)；具有恒功范圍寬、軸功率大、粘著特性好、功率因數(shù)高、諧波干擾小、維護(hù)率低和全壽命周期、運(yùn)營(yíng)成本低、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，是中國(guó)鐵路裝備技術(shù)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志產(chǎn)品之一。

2 主、輔變流柜工作概況

大功率交流傳動(dòng)機(jī)車，由逆變器供電，機(jī)車和動(dòng)車組采用交流異步電動(dòng)機(jī)做牽引動(dòng)力。基本上每一類的貨運(yùn)電力機(jī)車都會(huì)配備有一臺(tái)牽引變流柜（主變流柜）以及兩臺(tái)獨(dú)立的輔助變流柜。如圖1所示。

圖 1 大功率傳動(dòng)機(jī)車主、輔變流柜

其中，牽引變流柜內(nèi)安裝有整臺(tái)機(jī)車的牽引傳動(dòng)系統(tǒng)，每個(gè)電機(jī)變流器單獨(dú)給每臺(tái)牽引電機(jī)供電，因此整臺(tái)機(jī)車的動(dòng)力部分和牽引變流柜密不可分，對(duì)于機(jī)車的正常運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。

而兩臺(tái)輔助變流柜主要給冷卻塔風(fēng)機(jī)、牽引通風(fēng)機(jī)、水泵、油泵、空調(diào)及主壓縮機(jī)、蓄電池充電機(jī)、加熱器等輔助設(shè)備供電，采用一用一備的冗余工作方式；與牽引變流柜相比，雖然輔助變流柜是給輔助設(shè)備供電，但是其重要程度仍然不可忽視，該變流柜的正常工作與否，同樣關(guān)系到整臺(tái)機(jī)車的順利運(yùn)行。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用問(wèn)題及解決

TURCK公司技術(shù)人員針對(duì)以上要求和工況，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)深入交流，推薦了螺紋圓柱式模擬量輸出氣體型流量傳感器產(chǎn)品：FCS-M18-LIX，圓滿地解決了用戶的難題。由于熱式流量傳感器特殊的工作原理，其容易受到溫度突變的影響，從而容易造成檢測(cè)失敗；而TURCK的氣體型流量傳感器藉由特殊的探頭結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部有效的閉環(huán)負(fù)反饋控制電路，實(shí)現(xiàn)了可以將溫度突變的影響基本抵消，從根本上解決了熱式流量傳感器的應(yīng)用難題。另外，針對(duì)氣體流量檢測(cè)而專門設(shè)計(jì)的流量傳感器擁有比普通熱式流量傳感器更高的靈敏度，可以很準(zhǔn)確地檢測(cè)熱量變化并不明顯的氣體，從而更好地滿足用戶的需要。

為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變流柜內(nèi)部通風(fēng)情況，從而確保變流柜的正常工作，每一臺(tái)變流柜內(nèi)部均安裝有TURCK M18外形的模擬量輸出氣體型流量傳感器2只（柜內(nèi)左右兩個(gè)風(fēng)機(jī)下方各一），具體安裝位置如2所示。

在使用TURCK的氣體型流量傳感器之前，客戶也使用過(guò)其它品牌的流量傳感器，但是由于柜體內(nèi)部溫度時(shí)常變化，傳感器內(nèi)部缺乏有效地溫度突變補(bǔ)償反饋電路；靈敏度過(guò)低，響應(yīng)時(shí)間較慢；模擬量輸出曲線不理想等原因，嚴(yán)重影響了整個(gè)機(jī)車的正常運(yùn)行，也給客戶的調(diào)試工作帶來(lái)了不少的麻煩，很大程度上降低了生產(chǎn)效能。在使用過(guò)程中，由于靈敏度過(guò)低，延遲嚴(yán)重，經(jīng)常需要人工手持風(fēng)速檢測(cè)儀表進(jìn)行柜體內(nèi)部通風(fēng)檢測(cè)；同時(shí)，由于貨運(yùn)電力機(jī)車這類特殊產(chǎn)品經(jīng)常需要長(zhǎng)時(shí)間不間斷地運(yùn)行，這就使得柜體內(nèi)部的溫度變化明顯，對(duì)于普通的熱式流量開關(guān)來(lái)說(shuō)，由于工作原理的特殊性，這種變化會(huì)直接造成輸出曲線不理想，線性度差，從而導(dǎo)致檢測(cè)的失敗。同時(shí)，安裝空間狹小，布線空間不足也是比較棘手的問(wèn)題。客戶之前使用的其它品牌的傳感器均無(wú)法完全滿足應(yīng)用的需要。

4 TURCK傳感器為電力機(jī)車的運(yùn)行安全提供可靠保證

在此類大功率交流傳動(dòng)機(jī)車上，包括主要設(shè)備牽引電動(dòng)機(jī)以及冷卻塔風(fēng)機(jī)、牽引通風(fēng)機(jī)、水泵、油泵、空調(diào)等輔助設(shè)備在內(nèi)，其長(zhǎng)時(shí)間不間斷運(yùn)行的安全性和可靠性是第一位的，這體現(xiàn)在整個(gè)機(jī)車的每一個(gè)細(xì)節(jié)之處，尤其是給全部設(shè)備提供動(dòng)力的主、輔變流柜，其可靠性尤為重要。TURCK氣體型流量傳感器在變流柜上的成功應(yīng)用，充分提高了電力機(jī)車運(yùn)行的可靠性，給客戶帶來(lái)了便利。

首先，TURCK氣體型流量傳感器擁有豐富的產(chǎn)品序列，可以滿足客戶不同形式的使用要求；另外，其針對(duì)于氣體研發(fā)的高度可調(diào)的靈敏度特性，使得即使變流柜體內(nèi)風(fēng)量微小的流量變化也可以被傳感器感知到，從而確保了行車安全。

其次，TURCK氣體型流量傳感器也屬于TURCK熱式流量傳感器大家族的成員之一，同樣具備優(yōu)秀的抗溫度突變的性能。在電力機(jī)車不間斷的運(yùn)行過(guò)程中，環(huán)境溫度千變?nèi)f化，難免會(huì)有溫度突變的情況發(fā)生，尤其對(duì)于熱式流量傳感器來(lái)說(shuō)是一個(gè)比較大的考驗(yàn)，TURCK的熱式流量傳感器藉由其特殊的探頭結(jié)構(gòu)和內(nèi)部補(bǔ)償電路，完全可以將溫度突變的影響降到最低，從而保證了模擬量輸出的穩(wěn)定，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)變流柜體內(nèi)風(fēng)量的成功監(jiān)測(cè)，確保了電力機(jī)車的長(zhǎng)時(shí)間順利運(yùn)行。

最后，TURCK M18外形的氣體型流量傳感器外形小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，將檢測(cè)元件和處理電路集于一體，其體積僅相當(dāng)于一個(gè)流量傳感探頭，尤其對(duì)于安裝空間有限或者不適于安裝分體式流量開關(guān)的應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)說(shuō)，能夠有很大的應(yīng)用自由度。