专利名称：地铁斩波试验台的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种检测试验斩波调压地下铁道电动客车的大功率逆导通晶闸管斩波器电力电子系统的地铁斩波试验台，特别是一种由32位专用计算机系统、专用大规模测试接口系统、电力电子主机系统一体化的地铁斩波试验台。属于交通运输领域。
本发明未公开前，对斩波调压地下铁道电动客车直流串激电动机电力牵引再生制动的大功率逆导通晶闸管斩波器电力电子系统检测试验，通常采用通用设备，仪器和仪表。由于通用设备、仪器仪表其大多数功能单一，不能测试斩波调压系统的多种参数，波形和特性，不便于数据采集、数据分析处理和记录打印。因此，要对斩波器电力电子系统全面检测试验，需要许多这样功能单一的仪器、仪表和设备，即使这样，仍显示不出精确的测试结果。
目前国外对大功率逆导通晶闸管斩波器电力电子系统的检测试验采用通用的逻辑判断检测装置，该装置只能作判断性的检测，不能程控自动测试，其精度也不高。在交通运输领域要发展地下铁道客车使之更先进、更完善并批量生产，没有高精度多功能的测试设备是不行的。因此，社会迫切需要一种高精度多功能的检测设备问世。
本发明的目的是要公开一种可全面精确地对斩波调压地下铁道电动客车直流串激电动机电力牵引再生制动大功率逆导通晶闸管斩波电力电子系统，进行直接测试和模拟测试的地铁斩波试验台。
本发明可对斩波器电压测试，斩波器频率测试，斩波器导通比测试，牵引电流特性测试，牵引网压限制特性测试，牵引电流特性时间常数测定，再生制动电流时间常数的测定，牵引运算放大特性测定，再生制动运算放大器特性测定，直流过电压检测试验，交流欠电压检测试验，相不平衡检测试验，辅助吸收检测试验，防空转检测试验，换流失败检测试验，能高速数据采集，程控测试和高速数据处理，可在线测试，功能测试和综合测试，并能自动波形参数测量，将测试结果分析处理，显示记录打印。
本发明的任务是以如下方式完成的。
电力电子主机系统，32位专用计算机系统，大规模接口系统一体化分装于主台、付台和控制台。其中，专用计算机系统由绘图仪，彩色显示器，磁盘机，32位专用计算机，程序库软件，LcZ测试仪，数据采集装置，波形参数装置构成。
电力电子主机系统由交流稳压装置、模拟试验装置，模拟信号装置，斩波电子装置，模拟触发装置，大功率逆导通晶闸管装置，模拟检测装置，直流稳压装置构成，大规模测试接口系统由稳压电源，控制微机，控制程序软件，单通道125路，双通道142路构成。
图1系统方框图，图2自动控制系统图(Ⅰ)图3自动控制系统图(Ⅱ)图4大规模测试接口系统图，图5模拟电压信号原理图，图6模拟电流信号原理图，图7稳压器电路原理图，图8触发器电路原理图，图9继电器电路原理图。
图10指令器电路原理图，图11保护器电路原理图，图12放大器电路原理图。
图13移相器电路原理图，图14转换器电路原理图，图15调节器电路原理图，图16逆导通晶闸管触发电路图，以下结合附图对本发明作进一步详细描述参照图1系统方框图可对本发明的总体结构有所了解。
参照图2、图3自动控制系统，由交流电压220V±10%，50HZ±1供电，JW提供交流稳压电源220V，稳压精度0.1%ZW提供直流稳压电源，0～150V连续可调，负载能力为5A。
MCS是32位专用电子计算机系统，DAU是数据采集装置，QMS LcS是智能测试装置，CCU，SU，TU，pU，MU是电力电子主机系统，IU是大规模测试接口系统，总体构成自动测试控制系统。
电路中，HA1～HA9。HB1～HB9拨码开关接被测信号，每个拨码开关有10个接点。HA0。HB0分别控制选通HA1～HA9，HB1～HB9拨码开关上的对应接点相互并联，第一组接点H00-1至H03-1，H06～1、H09～1与HA0公共端连接，第二组接点与HB0的公共端连接。第三组至第九组接点与试验装置连接。H00～H03、H06～H09拨码开关的公共端与高频插座CH1～CH8连接。智能测试装置的测试探头与高频插座连接。
参照图4大规模试验接口系统图，该系统由220V±10%，50HZ±1交流电源供电，经集成稳压电路W和W稳压分别提供24V和5V直流稳压电压。
该系统采用微机控制，有集成译码器GB0～GB16译码电路，光电耦合隔离电路，J1～J197电磁隔离继电器转换电路，采用XC～36～55，Xc～18～4高可靠线簧插件。控制程序(软件)固化在集成电路之中。
图4中，pB0～pB7为控制微机接口，pB4～pB7连接器输入十六线输出译码器BG0的输入端，pB0～pB3连接其余16块译码器的输入端。译码器BG1～BG16输入端并联，由pB0～pB3数据线控制BG0的16条输出线的BG1～BG16的译码器控制端。当其中的一块译码器控制端为高电平时，此译码器16线之一选通为高电平信号，经光电耦合隔离，电磁隔离转换通道。单通道125路，双通道142路。
参照图5，由高频，高压，大功率逆变器电路，集成稳压电路，高可靠集成运放电路，串联稳压电路构成模拟电压电路。其中逆变器电路输入高压110V±25%直流电压。针对采用高频逆变稳压电源，地下铁道供电电压波动大的特点，逆变器的隔离高频变压器，采用高频铁氧体磁罐，绝缘采用黄金薄膜，原边和付边绕组均匀分布的制造工艺。同时由电阻RO稳压管DWO和反馈线圈Wo，整流二极管D5～D6，反馈线圈W3、W4和电阻R1，电容C1组成反馈电路协同稳压集成电路F1、F2，高可靠集成运放F3、F4和高可靠晶体管T3、T4完成产生高精度模拟电压电路。
参照图6模拟电流电路。该电路输入交流电压220V±1%，经过变压整流滤波环节稳压放大输出±24V直流电压精度达0。1%，电流0～1A。其中稳压放大比较部分与模拟电压图5原理基本相同。
参照图7串联型跟踪式高精度稳压电路。图中F1F2为集成运算放大器，其放大倍数极高用以提高稳压精度。F1的3端接基准电压6.2V，R12、RW、RB取样电阻将Vo的一部分送给运算放大器的反相输入端，与基准电压V2进行比较放大。R6为限流电阻，T3、T7是复合调整管。T5为放大三极管。
F2的反相端与取样电阻连接，取样电阻R5与正电源输出端连接，使负电源电压变化跟随正电压变化，同相输入端经R14接地。T4、T8为复合调整管，R9为限流电阻，T6为放大管，C8、C9为滤波电容，由以上主要器件构成稳压电路，完成直-交-直的转换输出±15V，24V直流电压使得地下铁道斩波调压电动客车过断区时，电子控制系统供电不间断。
参照图8触发器电路，该电路由K101和K0输入，大功率晶体管T1T2和铁氧体高频变压器B构成共发射极推挽电路，输出稳定的交变矩形波，变换频率为15KC.稳定电路由R1，DW和W5，D5-D8及R1，C1W3、W4构成。工作过程为W5反馈，经D5-D8整流产生随输出变化的直流电压与R1，DW产生的标准电压比较，负反馈给W3、W4进行稳压，T3、D4、D10、W8、W9、和T4、D11、D12、W6、W7分别构成交变电子无触点开关电路，由来自主管放大器的信号T5、T6控制。由上述两部分构成触发器电路。W10和D25～D28组成一般的高频桥式整流电路，输出直流24V。
参照图9继电器电路，该电路有JRC-8M-24型继电器11只，每只继电器线圈并联一保护二极管。继电器吸合电压VDC≥18V(电源电压24V);继电器释放电压VDC≤3V，继电器电路用于牵引工况和再生制动工况电路转换。
参照图10指令器电路，该电路由稳压电路K105、K106、K0提供。高精度稳定直流电压±15V电源，F1为电压跟随器F2为积分放大器，F3为比较放大器，T1T2为射极跟随器。R27、R28、R29、F3、T2组成牵引指令电路。电力牵引工作状况分一位、二位，三位。斩波器导通比为α1＝0。1，α2＝0。5，α3＝0。9。F1、R5、R7、R9、R13、R15、R17、T1为再生制动指令电路，再生制动工作状况分为七个位置η1＝ (1K)/(4K+2K+1K) ，η2＝ (2K)/(4K+2K+1K) ，η3＝ (3K)/(4K+2K+1K) ，η4＝ (4K)/(4K+2K+1K) ，η5＝ (5K)/(4K+2K+1K) ，η6＝ (6K)/(4K+2K+1K) 。
参照图11保护器电路，该电路由稳压器电路提供高稳定的直流15V电压，GD1、GD2、JC15、JC16、JC12、T1构成换流失败保护电子电路，信号由K03、K04、K711、K712、K705、K706输入，由K501发出保护控制信号。控制并保护高速开关。
F1、F2，JC11JC12，T1构成供电三轨接地保护电子电路，三轨接地信号由K44B输入，由K501输出控制信号，F5、F6、T3构成斩波器欠相保护电子电路，K03、K04输入由K503输出。F7、T4构成直流网压欠压保护电子电路，由K44A输入+US由K505输出控制信号。F3、JC11、JC12、T1构成网压过电压保护，由K44A输入+US、由K501输出控制信号。F8、T5构成交流欠压保护。
参照图12主放、付放、过压保护、辅阻吸收电路。该电路由T0、T 、T 、T7、T9、T11。与其它元件连接构成比较常见的电路，完成本发明主放、付放、过压保护辅阻吸收的任务。
参照图13移相器电路，该电路由稳压器电路提供稳定的直流电压15V，由JZ石英晶体器件组成晶振电路，经分频为Ⅰ相和Ⅱ相相频为265HZ，相位差180度作为大功率逆导通晶闸管斩波器的相频率。斩波合成主频率530HZ。
主脉冲经T4、T6放大，由K701、K702输出到功率放大器电路。功率放大器电路电压为75V～80V由触发器电路提供。主脉冲经功率放大控制触发大功率主逆导通晶闸管导通。
F1、C6、T1和F2、C11、T2为锯齿波发生电路。主控同步信号经F1、F2积分放大器产生的二相锯齿波信号，分别与来自调节器电路的K909、K910信号电压比较，再经过交换由T3、T4放大，由K703、K704输出到功率放大器电路，经过移相的付脉冲再经功率放大控制触发付逆导通晶闸管导通。由于付逆导通晶闸管的导通使主逆导通晶闸管关断来进行斩波调压。电路中F3、F4为电压比较放大器。
参照图14转换电路。该电路由稳压器电路提供高稳定直流电压±15V。F集成运放为电压比较器，该电路由K41A输入+Ué、K43B输入-UD，(+Uc和-UD来自指令器电路)K711、K712输入主管脉迫，当随着Ⅰ相、Ⅱ相主管导通角增加达到最大导通角时，JC9两个输入端为低电位，由K41A输入+UC和K43B输入-UD比较，当-UD＝+Uc时，JC9另一个输入端也呈现低电位时，CT被触发导通，模拟斩波器被短波，N1、N2、N3来自测速发电机三相交变电压，经三相桥式整流输出直流电压与F3给点电压比较。当再生制动低于每小时5公里时，再生制动切除。F2JC11，T3构成辅阻吸收电路。
参照图15调节器电路，该电路由稳压器电路K105、K106、K0输出提供±15V电压F5、F6、F7为斩波调压电力牵引工作状状自动控制运算放大器，由指令器电路给出1.2.3.三个指令位，经K401输入。T3、T4为集成运算放大器F5、F6的电压跟随器由K909K910输出到移相器电路。R42、C11和R43、C12、F6构成比较积分电路。在牵引工作状态进行比例积分控制。
F1、F2、F3、F4为斩波调压再生工作状态自动控制集成运算放大器。由指令器电路给出制动工作状态1.2.3.4.5.6.7.七个指令位，经K401输入。F1为网压限制调节器，其输入来自指令器电路K43A，K41B，晶体管T1、T2为运算放大器F3、F4的电压跟随器。由K909、K910输出到移相器电路。牵引与再生工作状态转换由JZ完成。C3、R10、R11、R26、C5、F3和C4、R24、R25、以及C6、F4构成比例，微分，积分电路，在再生制动工作状态进行比例微积分控制。
参照图16逆导通晶闸管触发电路，电路中，B1、B3是大功率强触发宽脉冲变压器产生矩形波强触发宽脉冲，B2、B4、B5、B6、B7、B8是强触发窄脉冲变压器，产生矩形波窄脉冲。
B1和B2、B3和B4产生的脉冲经复合产生复合脉冲。其脉冲前沿陡，控制电流上升变化率为 (dig)/(dt) ≥1A/μs，幅值为触发电流的3-5倍，脉冲宽度可随导通角变化连续调制。
B1受触发电路K203、K205、K207控制，B3受触发电路K204、K206K208控制。
宽脉冲变压器与窄脉迫变压器均采用高频罐形氧体磁芯和黄金薄膜绝缘。
地铁斩波试验台的操作首先要弄清操作台面板上的各指示开关，将开关H1扳至接通位量。交流稳压电源220V接通，H2扳至接通位置，110V直流稳压电源接通。
通过电缆将模拟信号送给斩波电子装置和被检测试验的电力电子装置，调整模拟信号装置上的电位器得到所需的电压、电流信号。
模拟检测装置有30个拨盘HA0～HA9，HB0～HB9、HO～HO7八个高频插座供转接仪器仪表。地铁电动客车斩波控制系统上的被测点分别接至拨盘开关上。将HA0拨至1位置。将HA1拨盘至2或3即测试点K12、K13同时示波器探头接至高频插座可得到稳压器逆变部分的振荡波形，测试K14、K15、K17、K18、K19可将拨盘HA1依次拨至4.5.6.7.8.9.。测试电压数字表8520A探头接高频插座便可进行。
专用计算机测试接口是通过单板机将被测点编成序号，在单板机键盘揿入，诸如波形参数自动测量只要拨动模拟装置上的拨盘，或者在专用计算机测试接口装置键盘上揿入测试信号通过32位计算机系统即可进行自动测量。
权利要求
1.一种由32位专用计算机系统1，电力电子主机系统2，大规模测试接口系统3构成的地铁斩波试验台其特征在于自动控制系统Ⅰ和自动控制系统Ⅱ的控制电路HA1～HA9、HB1～HB9拨码开关接被测信号，每个拨码开关有10个接点，HAO、HBO分别控制选通HA1～HA9、HB1～HB9中的任一个拨码开关，H00～H03H06～H09拨码开关上的对应接点相互并联，第一组接点H00～1至H03～1，H06～1、H09～1与HAO公共端连接，第二组接点与HBO的公共点连接，第三组至第九组接点与试验装置连接，自动检测试验信号由数据采集装置DAU和大规模测试接口装置IU变换实现。
2.根据权利要求1所述的地铁斩波试验台其特征在于大规模测试接口系统电路中，控制微机、译码电路，光电耦合器电路，缓冲器电路、继电器电路采用高可靠线簧插件，控制程序(软件)固化在集成电路之中。
3.根据权利要求1所述的地铁斩波试验台其特征在于串联型跟踪式高精度稳压电路中F2的反相端与取样电阻R5联接，R5与正电源输出端联接使负电源电压变化跟随正电压变化，同相输入端经R14接地，大功率高频逆变电路R1、DW、W5、D5～D8、R1和c1、W3和W4构成电压自动调节电路。
4.根据权利要求1所述的地铁斩波试验台其特征在于触发器电路由大功率晶体管T10、T2和氧体高频大功率变压器B构成共发射极推挽电路，输出稳定的交变矩形波，变换频率为15KC;输出宽脉冲随导通角变化，通过T3、T4大功率电子无触点开关电路控制。
5.根据权利要求1所述的地铁斩波试验台其特征在于指令器电路，电阻R27、R28、R29、F3、T2组成牵引指令电路，F1、R5、R7、R9、R13、R15、R17、T1组成再生制动指令电路再生工作状态分为7级η1＝ (1K)/(4K+2K+1K) ，η2＝ (2K)/(4K+2K+1K) ，η3＝ (3K)/(4K+2K+1K) ，η4＝ (4K)/(4K+2K+1K) ，η5＝ (5K)/(4K+2K+1K) ，η6＝ (6K)/(4K+2K+1K)
6.根据权利要求1所述的地铁斩波试验台其特征在于保护器电路中，TGD1，TGD2、JC15、JC16、JC17、T1构成换流失败保护，F1、F2、Jc12、Jc11、T1构成供电三轨接地保护，F5、F6、T3构成斩波器欠相保护，F7、T4构成网压过电压保护、F8、T5构成交流欠压保护。
7.根据权利要求1所述的地铁斩波试验台其特征在于移相器电路中，JZ石英晶体器件组成的晶振电路经分频为Ⅰ相和Ⅱ相，分别为265IZ和相位差180°作为大功率逆导通晶闸管斩波器的相频率，斩波合成主频率530HZ。
8.根据权利要求1所述的地铁斩波试验台其特征在于调节器电路中，F5、F6、F7为斩波调压电力牵引工作自动制度运算放大器，R42、C11、R43、C12、F6构成比例积分电路。F1、F2、F3、F4为斩波调压再生制动运算放大器，C3、R10、R11、R26、C5、F3和C4R24、R25、R27、C6、F4构成比例，微分积分电路在再生制动工作状态进行比例微分积分控制。
9.根据权利要求1所述的地铁斩波试验台其特征在于逆导通晶闸管触发电路中的B1、B3脉冲变压器产生触发宽脉冲，B5、B6、B7、B8产生触发窄脉冲，大功率脉冲变压器均采用高频罐形氧体磁芯(磁性材料)和黄金薄膜(绝缘材料)绕组均匀分布工艺。
全文摘要
本发明公开了由电力电子主机系统，32位专用计算机系统。专用大规模测试接口系统构成的地铁斩波试验台，可对地下铁道电动客车直流串激电动机电力牵引再生制动大功率逆导通晶闸管斩流电力电子系统，进行直接测试和模拟测试。适用于电动客车科研、生产和运行部门。
文档编号G01R29/00GK1059602SQ9010750
公开日1992年3月18日 申请日期1990年9月3日 优先权日1990年9月3日
发明者王连富, 王继红 申请人:铁道部长春客车工厂