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　科學技術研究所，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
（南寧鐵路局科學技術研究所，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、監控單元組成。裝置的監控系統采用力控組態軟件開發，具有自動模擬過分相功能，可在試驗時無人值守，自動監控的試驗數據為維護維修工作提供了數據支撐。現場運行結果表明，該裝置操作方便、運行穩定，有助于提高檢修效率。

關鍵詞：DC 600 V；逆變器；過分相；力控組態軟件

10.13572/j.cnki.tdyy.2016.01.011

現今，鐵路DC 600 V直供電客車在線上運行時，屢有發生過分相后逆變器無法啟動，導致客車空調系統、電茶爐等三相交流用電負載無法工作，造成旅客投訴及退票事件，嚴重影響了鐵路運輸企業的良好形象，也給鐵路聲譽造成了不良影響。發生過分相后逆變器無法啟動的原因，主要是逆變器相關集成電路板性能不穩定造成的。

目前，南寧車輛段庫檢車間具有維修逆變器相關集成電路板的能力，為檢測維修后的集成電路板的可靠性，提高其在實際運用中的穩定性，有必要對其進行過分相模擬試驗。然而，庫檢車間已有的DC 600 V逆變器過分相模擬試驗裝置的功能單一，不能自動模擬過分相，依靠手動操作開關才能控制DC 600 V電源的輸出。試驗時只是手動操作1～2次模擬過分相試驗，無法有效反映DC 600 V逆變器的實際運用工況，以致常發生在地面試驗狀況良好，上車運行一定時間后卻出現故障的情況；再者已有的試驗裝置沒有自動監控功能，試驗數據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，生產現場迫切需要一種帶自動監控功能的過分相模擬試驗裝置，以檢測維修后的DC 600 V逆變器相關集成電路板的性能穩定性。

1　設計方案

1.1外形結構為提高試驗裝置的靈活性，方便維修維護，采用模塊化設計思想，應用人機工程學，將其設計成試驗車的形式，裝置分上、中、下3層空間結構，其中下層空間主要安裝生成直流電源的相關元器件，為裝置提供試驗基礎；中層空間主要安裝實現模擬過分相的相關元器件；上層空間主要安裝監控器件和負載控制部件，實現數字化自動監控及模擬客車上的負載控制。試驗裝置外形結構如圖1所示。

圖1試驗裝置外觀結構示意圖

試驗裝置采用不銹鋼材料，耐用美觀，且箱式不銹鋼結構具有屏蔽保護功能。為方便試驗人員操作，上層結構有別于中、下層，截面設計成梯形狀，斜面面向操作者。將裝置背面設計成可拆卸形式，便于維修維護。

為充分提高裝置的利用效率，對試驗裝置做了冗余設計。在中層空間面板處預設了手動操作試驗開關，即自動監控器件發生故障時，可以通過手動開關進行試驗，不影響車間的正常生產。

1.2整體架構裝置整體架構由直流電源生成單元、模擬過分相單元、監控單元組成，如圖2所示。車間工作電源為交流380 V，因此，試驗所需的直流600 V、110 V電源需經變壓、整流、濾波后生成；客車過分相時，逆變器無工作電壓輸入，進入供電區后，逆變器輸入DC 600 V電源，因此，采用觸發板控制可控硅導通或截止，實現逆變器DC 600 V電源輸入的通斷控制；監控單元主要采用自動化設備，實現數據的采集與控制信號的輸出，所有監控指令按試驗要求，由監控主機下發。

圖2裝置整體架構

2　硬件設計

模擬過分相試驗裝置主要硬件直流電源生成單元、模擬過分相單元、監控單元的設計。

2.1直流電源生成單元試驗裝置輸入電源為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現逆變器輸入電壓的通斷。本裝置采用可控硅觸發板來達到這一要求，該觸發板具有觸發端觸發生成直流電壓，調壓端、電壓回饋端及相位可調端用來滿足輸出電壓可調的需求。通過控制端來操控直流電源是否輸出DC 600 V電壓，即實現逆變器輸入電壓的通斷，以達到模擬逆變器過分相的工況。

2.3監控單元監控單元主要由工控一體機、PLC、數字量輸入輸出模塊、模擬量輸入模塊、打印機等構成。

工控一體機通過采集PLC、I/O模塊的數據，實現對試驗過程的監控，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

3.1開發流程選用北京三維力控組態軟件ForceControl V7.0作為監控系統的開發環境。應用力控組態軟件開發的監控系統人機界面友好，操作方便。試驗裝置監控系統的工程文件開發流程如圖4所示。

圖4工程文件開發流程

對于監控對象DC 600 V逆變電源過分相模擬試驗裝置來說，首先需要熟悉試驗裝置的具體工作原理及工作過程，分析其在試驗過程中有哪些參數變化，明確記錄參數；其次，按功能模塊搭建監控系統框架畫面，建立數據鏈接庫；再次，豐富人機交互界面，調試并試運行監控系統。

監控系統工作流程大致如圖5所示，監控系統實行開機自運行模式，工控機開機后，監控系統自動啟動，直接進入監控界面，系統設置了權限管理模式，如未登錄系統管理員設置的賬戶（包括系統管理員），則不能操作監控系統進行試驗。登錄賬戶后，對于試驗參數，可采用界面顯示的參數（是上一次試驗時設置的參數，監控系統關閉后可自動記錄，作為下次啟動系統時的默認參數），至于停止試驗的條件，可點擊停止試驗按鈕來手動停止，或者通過設置停止試驗時刻實現自動停止。在試驗過程中，已登錄的賬戶不可退出，以免影響數據記錄的準確性。試驗結束時，監控系統自動跳轉到數據查詢界面，按登錄賬戶名查詢最新的試驗數據，并以最佳視圖方式顯示數據。

圖5監控系統工作流程

3.2監控系統功能監控系統具有權限管理、參數設置、狀態監控、實時數據展示、歷史數據查詢、報表導出及打印等功能。其中，權限管理以系統管理員為主體，只有系統管理員方可添加及刪減賬戶名稱；當登錄賬戶后，任何賬戶都可修改自身的登錄密碼，并可在非試驗時刻注銷登錄。如要進行參數設置，也必須先登錄系統賬戶方能操作。為增加界面的人機交互友好性，設計了狀態監控功能，提示用戶當前狀態下監控系統是否屬于試驗狀態。

4　試驗數據

自動監控的試驗數據如下截的圖6所示，從圖中數據可以看出逆變器在做過分相測試試驗時，逆變器啟動失敗次數及原因。詳細記錄的試驗數據，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，同時也減輕了勞動強度。

圖6數據截圖

5　結束語

該試驗裝置的研制成功，將大大提高對維修后的DC 600 V逆變器的相關集成電路板的過分相性能的檢驗，彌補現有試驗的不足，進一步提高DC 600 V逆變器的檢修水平，對保障客車出庫質量、提高客運服務水平具有積極意義。

中圖分類號：U279.3+2

文獻標識碼：A

文章編號：1006-8686（2016）01-0035-03