一种网压突变装置及其控制方法与流程

本发明涉及轨道交通领域，具体涉及一种网压突变装置及其控制方法。

背景技术：

在现有技术环境下，轨道交通机车车辆用辅助变流器均需进行供电电压突变试验考核。而动车组辅助变流器电源输入有三相交流和单相交流两种电源，所以有三相交流网压突变和单相交流网压突变两种类型。

在现有技术中，在进行网压突变试验时，通常需要试验人员根据功率、电压等参数人工计算电阻阻值，选取现场可用的电阻进行串并联组合来配置出所需的分压电阻阻值，然后使用短接接触器和电缆搭建临时的网压突变平台。配置阻值的过程复杂麻烦，且不同的产品需要不同的电阻值，加之线路阻抗的影响，往往无法一次就配置出理想阻值。而三相网压突变需要三组阻值相同的电阻，更是难于满足。试验完成以后，还需要将临时搭建的平台进行拆除。这种传统的方式耗费大量的人力物力，自动化程度低，工作效率低。

技术实现要素：

本发明提供了一种网压突变装置，所述装置包括：

三相交流输入接口，其配置为接入外部三相交流电源；

单相交流输入接口，其配置为接入外部单相交流电源；

分压电阻模块，其配置为电阻值可调；

三相交流输出接口，其连接到所述分压电阻模块；

单相交流输出接口，其连接到所述分压电阻模块；

第一三相开关，其配置为连接所述三相交流输入接口与所述三相交流输出接口；

第二三相开关，其配置为连接所述三相交流输入接口与所述分压电阻模块；

第一单相开关，其配置为连接所述单相交流输入接口与所述单相交流输出接口；

第二单相开关，其配置为连接所述单相交流输入接口与所述分压电阻模块。

在一实施例中，所述三相交流输入接口包括第一三相输入端口、第二三相输入端口以及第三三相输入端口，所述分压电阻模块包括第一电阻、第二电阻以及第三电阻，所述三相交流输出接口包括第一三相输出端口、第二三相输出端口以及第三三相输出端口，其中：

所述第一三相输入端口、所述第二三相输入端口以及所述第三三相输入端口通过所述第一三相开关分别与所述第一三相输出端口、所述第二三相输出端口以及所述第三三相输出端口相连；

所述第一三相输入端口、所述第二三相输入端口以及所述第三三相输入端口通过所述第二三相开关分别与所述第一电阻、所述第二电阻以及所述第三电阻的一端相连；

所述第一电阻、所述第二电阻以及所述第三电阻的另一端分别与所述第一三相输出端口、第二三相输出端口以及第三三相输出端口相连。

在一实施例中：

所述第一电阻、所述第二电阻以及所述第三电阻并联后通过所述第二单相开关与所述单相交流输入接口串联；

所述第一电阻、所述第二电阻以及所述第三电阻并联后与所述单相交流输出接口串联。

在一实施例中：

所述第一电阻、所述第二电阻或所述第三电阻的一端与所述单相交流输出接口串联，另一端通过所述第二单相开关与所述单相交流输入接口串联。

在一实施例中，所述第二单相开关包括开关k5、k6以及k7，其中：

所述第一电阻、所述第二电阻以及所述第三电阻分别与k5、k6以及k7串联后再并联并之后与所述单相交流输入接口串联。

在一实施例中，所述第一电阻、所述第二电阻或所述第三电阻包括串联的第一电阻单元、第二电阻单元以及第三电阻单元，其中：

所述第一电阻单元包括电阻r1、r2、r3、r4、r5以及开关k8、k9、k10、k11、k12，其中，r1、r2、r3、r4、r5分别与k8、k9、k10、k11、k12串联后相互并联；

所述第二电阻单元包括并联的电阻r6以及开关k13；

所述第三电阻单元包括并联的电阻r7以及开关k14。

在一实施例中，所述电阻r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7的电阻值分别为0.6ω、0.7ω、0.8ω、0.9ω、1.0ω、0.35ω、0.7ω。

在一实施例中，所述单相交流输入接口包括第一单相输入端口以及第二单相输入端口，所述单相交流输出接口包括第一单相输出端口以及第二单相输出端口，其中：

所述第二单相输入端口直连到所述第二单相输出端口；

所述第一单相开关配置为连接所述第一单相输入端口与所述第一单相输出端口；

所述第二单相开关配置为连接所述第一单相输入端口与所述分压电阻模块。

在一实施例中，所述装置还包括：

第三单相开关，其配置为连接所述分压电阻模块与所述单相交流输出接口。

本发明还提出了一种针对本发明所述的装置的控制方法，方法包括：

根据试验工况和突变要求确定并调节所述分压电阻模块的电阻值；

根据突变要求确定突变模式，按照所述突变模式对应的开关控制策略控制所述装置的开关，包括：

三相突变低模式：所述第一三相开关、所述第二三相开关闭合，调节三相交流电源输出在基准网压下带负载正常工作，然后将所述第一三相开关断开，电源输出进入低网压阶段；

三相突变高模式：所述第一三相开关断开、所述第二三相开关闭合，调节三相交流电源输出在基准网压下带负载正常工作，然后将所述第一三相开关闭合，电源输出进入高网压阶段；

单相突变低模式：所述第一单相开关、所述第二单相开关闭合，调节单相交流电源输出在基准网压下带负载正常工作，然后将所述第一单相开关断开，电源输出进入低网压阶段；

单相突变高模式：所述第一单相开关断开，所述第二单相开关闭合，调节单相交流电源输出在基准网压下带负载正常工作，然后将所述第一单相开关闭合，电源输出进入高网压阶段。

本发明提出的网压突变装置能够同时满足三相网压突变和单相网压突变的需求，实现三相和单相网压突变快速切换和跳变过程控制；相较于现有技术，本发明的装置可以大大提高试验效率、降低试验成本、消除临时线路的安全隐患。

本发明的其它特征或优点将在随后的说明书中阐述。并且，本发明的部分特征或优点将通过说明书而变得显而易见，或者通过实施本发明而被了解。本发明的目的和部分优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的步骤来实现或获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据现有技术中网压突变结构原理图；

图2以及图3是根据本发明实施例的装置结构图；

图4是根据本发明一实施例的装置运行逻辑图；

图5是根据本发明一实施例的分压电阻结构图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

在现有技术环境下，轨道交通机车车辆用辅助变流器均需进行供电电压突变试验考核。而动车组辅助变流器电源输入有三相交流和单相交流两种电源，所以有三相交流网压突变和单相交流网压突变两种类型。

在现有技术中，在进行网压突变试验时，通常需要试验人员根据功率、电压等参数人工计算电阻阻值，选取现场可用的电阻进行串并联组合来配置出所需的分压电阻阻值，然后使用短接接触器和电缆搭建临时的网压突变平台。配置阻值的过程复杂麻烦，且不同的产品需要不同的电阻值，加之线路阻抗的影响，往往无法一次就配置出理想阻值。而三相网压突变需要三组阻值相同的电阻，更是难于满足。试验完成以后，还需要将临时搭建的平台进行拆除。这种传统的方式耗费大量的人力物力，自动化程度低，工作效率低。

针对上述情况，本发明将当前实现网压突变结构进行分解融合。

具体的，在现有技术中，单相网压突变时，如图1所示，需要在电源回路中通过串联接入或短接一组分压电阻，使电源输出电压发生短时变化。而三相网压突变时，原理同单相网压突变，但需要三组同阻值的电阻进行分压。

将上述网压突变结构拆解融合，本发明提出了一种网压突变装置。在本发明的装置中，将单相网压突变所需的结构与三相网压突变的结构融合到了一起，单相网压突变与三相网压突变共用一套分压电阻，从而在尽可能的精简结构的基础上在同一平台上实现了单相网压突变与三相网压突变，从而大大提高了试验效率，降低了试验成本。

进一步的，本发明的装置还可以同时实现正常的单相/三相供电，也就是说在不进行试验时，装置可以作为被试验系统的一部分投入正常使用，而不需要特意的拆除装置，这样不仅大大提高了试验效率，降低了人力损耗，而且避免试验用的临时线路带来的安全隐患。

具体的，如图2所示，在一实施例中，装置包括：

三相交流输入接口211，其配置为接入外部三相交流电源201；

单相交流输入接口221，其配置为接入外部单相交流电源202；

分压电阻模块210，其配置为电阻值可调；

三相交流输出接口212，其连接到分压电阻模块210；

单相交流输出接口222，其连接到分压电阻模块210；

第一三相开关213，其配置为连接三相交流输入接口211与三相交流输出接口212；

第二三相开关214，其配置为连接三相交流输入接口211与分压电阻模块210；

第一单相开关223，其配置为连接单相交流输入接口221与单相交流输出接口222；

第二单相开关224，其配置为连接单相交流输入接口221与分压电阻模块210。

基于上述装置结构建立从电源到负载的供电回路，供电回路可以包含以下可以通过开关独立控制的电流路径：

(a)三相输入直接输出到负载，由开关213控制；

(b)三相输入经分压电阻模块210后输出到负载，由开关214控制；

(c)单相输入直接输出到负载，由开关223控制；

(d)单相输入经分压电阻模块210后输出到负载，由开关224控制。

这样，通过对开关的控制，就可以在不更改电路结构的前提下实现三相/单相电源与负载间电流通路切换，从而最终实现三相/单相网压突变。

具体的，本发明还提出了一种上述结构的装置的控制方法，在一实施例中，方法包括：

根据试验工况和突变要求确定并调节分压电阻模块210的电阻值；

根据突变要求确定突变模式，按照突变模式对应的开关控制策略控制装置的开关(开关213、214、223、224)，包括：

(一)三相突变低模式

开关213、开关214闭合，电流流通路径(a)以及(b)同时建立，由于流通路径(b)比(a)多了分压电阻模块210，此时实际的电流流通路径为(a)。

调节三相交流电源201输出在基准网压下带负载正常工作(为防止三相电源短路和电压干扰，在三相试验中，单相交流电源202不接入装置)。

然后将开关213断开，此时建立的电流流通路径仅为(b)，因此实际的电流流通路径为(b)。由于相较于(a)，(b)多了分压电阻模块210进行降压；因此相较“基准网压下带负载正常工作”的工作状态，此时电源输出进入低网压阶段。

(二)三相突变高模式

开关213断开、开关214闭合，此时建立的电流流通路径仅为(b)，因此实际的电流流通路径为(b)。

调节三相交流电源201输出在基准网压下带负载正常工作。

然后将开关213闭合，电流流通路径(a)以及(b)同时建立，由于流通路径(b)比(a)多了分压电阻模块210，此时实际的电流流通路径为(a)。由于相较于(a)，(b)多了分压电阻模块210进行降压；因此相较“基准网压下带负载正常工作”的工作状态，此时电源输出进入高网压阶段。

(三)单相突变低模式

开关223、开关224闭合，电流流通路径(c)以及(d)同时建立，由于流通路径(d)比(c)多了分压电阻模块210，此时实际的电流流通路径为(c)。

调节单相交流电源202输出在基准网压下带负载正常工作(为防止三相电源短路和电压干扰，在单相试验中，三相交流电源201不接入装置)。

然后将开关223断开，此时建立的电流流通路径仅为(d)，因此实际的电流流通路径为(d)。由于相较于(c)，(d)多了分压电阻模块210进行降压；因此相较“基准网压下带负载正常工作”的工作状态，此时电源输出进入低网压阶段。

(四)单相突变高模式

开关223断开、开关224闭合，此时建立的电流流通路径仅为(d)，因此实际的电流流通路径为(d)。

调节单相交流电源202输出在基准网压下带负载正常工作。

然后将开关223闭合，电流流通路径(c)以及(d)同时建立，由于流通路径(d)比(c)多了分压电阻模块210，此时实际的电流流通路径为(c)。由于相较于(c)，(d)多了分压电阻模块210进行降压；因此相较“基准网压下带负载正常工作”的工作状态，此时电源输出进入高网压阶段。

进一步的，由于三相交流实际上是3条相对独立的电流回路，因此在一实施例中，三相交流输入接口包括第一三相输入端口、第二三相输入端口以及第三三相输入端口，三相交流输出接口包括第一三相输出端口、第二三相输出端口以及第三三相输出端口。对应的，分压电阻模块包括第一电阻、第二电阻以及第三电阻。

第一三相输入端口、第二三相输入端口以及第三三相输入端口通过第一三相开关分别与第一三相输出端口、第二三相输出端口以及第三三相输出端口相连，构成3条相互独立的电流通路(回路a)。

第一三相输入端口、第二三相输入端口以及第三三相输入端口通过第二三相开关分别与第一电阻、第二电阻以及第三电阻的一端相连。第一电阻、第二电阻以及第三电阻的另一端分别与第一三相输出端口、第二三相输出端口以及第三三相输出端口相连。具体的，第二三相开关相当于三个开关(可以同时闭合/断开，或者各自独立闭合/断开)，构成三条相对独立的可控的电流通路(回路b)。

进一步的，考虑到单相交流电是1条电流回路，在一实施例中，在回路d中接入分压电阻模块的一个电阻。具体的，第一电阻、第二电阻或第三电阻的一端与单相交流输出接口串联，另一端通过所述第二单相开关与单相交流输入接口串联(第二单相开关为一个开关)。

进一步的，单相网压突变试验时，在同功率、同电压下，单相电源电流是三相电源电流的1.732倍，且在轨道交通机车车辆用辅助变流器中，单相电源输入的变流器功率普遍比三相输入变流器功率大，所以对分压电阻的通过电流能力要求更高。因此，在一实施例中，在回路d中接入分压电阻模块的多个电阻，通过利用三相网压突变的三组电阻的并联组合，增大单相分压电阻的通电能力。

若每组电阻的可调节的最大电流、电阻为i、r，则两组电阻并联的对应参数为2i、r/2，三组电阻并联的对应参数为3i、r/3。

具体的，在一实施例中，第一电阻、第二电阻以及第三电阻并联后通过第二单相开关与单相交流输入接口串联，第一电阻、第二电阻以及第三电阻并联后与单相交流输出接口串联。

进一步的，在一实施例中，第二单相开关包括开关k5、k6以及k7，其中：

第一电阻、第二电阻以及第三电阻分别与k5、k6以及k7串联后再并联之后与所述单相交流输入接口串联。

这样，就可根据单相电源的工况和突变要求，确定并联电阻(第一电阻、第二电阻以及第三电阻)的组数(电流≤i，单用一组；i＜电流≤2i，两组并联；2i＜电流≤3i，三组并联)，从而确定k5～k7的组合方式。依据k5～k7的组合方式，计算每组电阻(第一电阻、第二电阻以及第三电阻)所需阻值，从而对分压电阻模块进行电阻配置。

进一步的，由于单相交流回路包括两条电流导线。因此，在一实施例中，单相交流输入接口包括第一单相输入端口以及第二单相输入端口，单相交流输出接口包括第一单相输出端口以及第二单相输出端口，其中：

第二单相输入端口直连到第二单相输出端口；

第一单相开关配置为连接第一单相输入端口与第一单相输出端口；

第二单相开关配置为连接第一单相输入端口与分压电阻模块。

进一步的，在一实施例中，装置还包括：

第三单相开关，其配置为连接分压电阻模块与单相交流输出接口。

具体的，在一实施例中，如图3所示，第一三相开关为k1，第二三相开关为k2，第一单相开关为k3，第二单相开关包括k5、k6以及k7，第三单相开关为k4，第一电阻、第二电阻以及第三电阻分别为aa’、bb’、cc’。

进一步的，如图3所示，在一实施例中，通过上位机控制plc控制器对分压电阻进行阻值调节。

进一步，如图3所示，在一实施例中，在三相/单相输出端口还构造有电压/电流检测器。

图3所示结构的装置工作原理图如图4所示。其工作过程如下：用户通过上位机进行试验选择，并输入试验工况和突变要求，由上位机自动计算电阻阻值r。根据阻值r自动索引系统中事先建立的电阻配置表，寻找确定电阻配置表中与阻值r差值最小的选取值r’及对应的电阻组合，选取值r’与电阻组合逻辑具有一一对应关系。由plc执行实现电阻配置和试验过程。

具体的：

(1)在常规试验下，交流电源不需要网压突变功能，开关k2、k4～k7处于断开状态，通过k1控制三相交流电源输出，通过k3控制单相交流电源输出。

(2)三相网压突变试验时，需要三组阻值相同的分压电阻。上位机根据输入工况、突变要求，自动计算阻值，通过plc控制器对装置进行电阻配置，并保证k4～k7处于断开状态(防止三相电源短路)。网压突变试验过程有突变低(从基准网压突变至低网压)和突变高(从基准网压突变至高网压)两种模式。两种模式的工作过程如下：

突变低模式：开关k1、k2闭合，调节三相电源输出在基准网压下带负载正常工作。然后将k1断开，此时分压电阻接入电源回路，承担一定的电压，电源输出进入低网压阶段。待突变时间结束，k1重新闭合，分压电阻被短接，电源输出恢复基准网压。

突变高模式：开关k1断开、k2闭合，调节三相电源输出在基准网压下带负载正常工作，此时分压电阻在电源回路承担一定的电压。然后将k1闭合，分压电阻被短接，电源输出进入高网压阶段。待突变时间结束，将k1重新断开，分压电阻接入回路，电源输出恢复基准网压。

(3)单相网压突变试验时，上位机可根据单相电源的工况和突变要求，确定并联电阻的组数(电流≤i，单用一组；i＜电流≤2i，两组并联；2i＜电流≤3i，三组并联)，从而确定k5～k7的组合方式。依据k5～k7的组合方式，上位机自动计算每组电阻所需阻值，通过plc控制器对装置进行电阻配置，并保证k1、k2处于断开状态。网压突变过程如下：

突变低模式：开关k3、k4、k5～k7组合闭合，调节单相电源输出在基准网压下带负载正常工作。然后将k3断开，此时分压电阻接入电源回路，承担一定的电压，电源输出进入低网压阶段。待突变时间结束，k3重新闭合，分压电阻被短接，电源输出恢复基准网压。

突变高模式：开关k3断开，k4、k5～k7组合闭合，调节单相电源输出在基准网压下带负载正常工作，此时分压电阻在电源回路承担一定的电压。然后将k3闭合，分压电阻被短接，电源输出进入高网压阶段。待突变时间结束，将k3重新断开，分压电阻接入回路，电源输出恢复基准网压。

综上，本发明提出的网压突变装置能够同时满足三相网压突变和单相网压突变的需求，实现三相和单相网压突变快速切换和跳变过程控制；相较于现有技术，本发明的装置可以大大提高试验效率、降低试验成本、消除临时线路的安全隐患。

进一步的，轨道交通机车车辆动车组辅助变流器电源输入有三相交流和单相交流两种电源，据调查统计，三相分压电阻所需阻值一般分布在0.2ω～1.50ω区间，单相分压电阻所需阻值一般分布在0.1ω～1.50ω区间，在电阻区间内，要求电阻取值应尽量均匀、密集分布，相邻阻值之间差值应尽可能小。传统的滑动电阻片功率小，无法满足大功率电阻、大通电电流的要求。

因此，在一实施例中，本发明的分压电阻模块采用电阻串并联方式，实现每相电阻0.15ω～2.05ω之间可调，满足网压突变电阻阻值和误差要求。分压电阻模块中每组分压电阻由7个电阻以及7个开关串并联组成。

具体的，分压电阻模块的其中一组分压电阻设计电路如图5所示，第一电阻、第二电阻或第三电阻包括串联的第一电阻单元、第二电阻单元以及第三电阻单元，其中：

第一电阻单元包括电阻r1、r2、r3、r4、r5以及开关k8、k9、k10、k11、k12，其中，r1、r2、r3、r4、r5分别与k8、k9、k10、k11、k12串联后相互并联；

第二电阻单元包括并联的电阻r6以及开关k13；

第三电阻单元包括并联的电阻r7以及开关k14。

进一步的，在一实施例中，电阻r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7的电阻值分别为0.6ω、0.7ω、0.8ω、0.9ω、1.0ω、0.35ω、0.7ω。具体电阻取值如表1所示。

表1

表1中，“√”表示开关闭合；“×”表示开关断开。由表一所示，根据图4所示实施例的分压电阻主电路设计和电阻取值，仅有七个电阻即可实现0.15ω～2.05ω范围内97个不同电阻取值，且在0.15ω～1.52ω范围内，相邻阻值差值最大不超0.03ω，具有较高的调节精度。

进一步的，表1中，每种取值对应一种开关组合方式，由电阻值分布和开关组合方式构建成了电阻配置表，供上位机索引，作为电阻配置的依据。本发明基于索引电阻配置表确定电阻开关组合，实现电阻的自动配置，自动化程度高，减少工作人员工作量。

进一步的，在一实施例中，分压电阻电路可根据电阻需要进行扩展，通过r7后端继续串联其他阻值的电阻，扩展分压电阻取值范围，扩展方法简单。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。本发明所述的方法还可有其他多种实施例。在不背离本发明实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。