一种基于TC787器件的列车检修电源的制作方法

本实用新型涉及一种基于TC787器件的列车检修电源。

背景技术：

随着国民经济和人民生活水平不断提高，人们对列车的安全性、舒适度也提出了更高的要求。旅客列车加装空调、电开水炉等用电设备后，列车用电量增大，随之而来的是供电设备容量、质量的加大。传统的发电车的轴重不能完全满足提速列车轴重的要求。因此，解决问题的惟一办法是取消发电车，加速发展电网供电列车。

现在的电气化旅客列车全部都是采用的DC600V集中供电、分散变流的供电方式。

为确保列车能够安全稳定运行，必须定期对列车车底进行检修和维护。当车底送到车辆段检修的时候，由于列车采用DC600V集中供电方式，导致车底没有电源，为了给车底提供检修电源，必须在车辆段安装DC600V电源，用于为车底检修时提供电源。

现有的DC600V电源结构复杂，且成本高。

因此，有必要设计一种新的列车检修电源。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于TC787器件的列车检修电源，该基于TC787器件的列车检修电源结构简单，易于实施，能为车辆段列车的维修提供极大便利。

实用新型的技术解决方案如下：

一种基于TC787器件的列车检修电源，包括主电路和控制电路；

(1)主电路包括主变压器和三相全控整流桥；

主变压器为升压变压器；主变压器的原边和副边分别为三角形连接和星形连接；主变压器的原边接三相交流电源；主变压器的副边接三相全控整流桥的交流侧，三相全控整流桥的直流侧作为检修电源的输出侧输出直流电压；

(2)控制电路包括控制器和TC787器件；TC787器件为集成三相移相触发器；

主变压器的原边依次经电压互感器、交流电压变送器和第一A/D转换器接控制器的第一信号输入端；交流电压变送器用于将交流电压信号转化为直流电压信号；

三相全控整流桥的直流侧依次经电压检测电路和第二A/D转换器接控制器的第二信号输入端；电压检测电路为基于电阻的分压电路；

(3)主变压器的原边经同步电路与TC787器件的同步信号端相连；

控制器的输出端经D/A转换器接TC787器件的控制端；

TC787器件的6个PWM脉冲输出端与三相全控整流桥的6个功率器件的控制端对应相接。

同步电路包括同步电源变压器和调相电路；

同步电源变压器为降压变压器；

同步电源变压器的原边和副边分别为逆向三角形连接以及星形连接；

同步电源变压器的原边接三相交流电源，三相交流电源的副边接调相电路，调相电路包含3条结构相同的调相支路用于输出三相同步信号Va1，Vb1和Vc1。

调相支路包括可变电阻、调相电阻、调相电容、上拉电阻、接地电阻和输出电阻；

可变电阻的一端接同步电源变压器的副边，可变电阻的另一端通过调相电阻与调相电容的负极相连；调相电容的正极通过输出电阻接同步信号输出端；

调相电容的正极通过上拉电阻接直流电压VSS；调相电容的正极经接地电阻接地。

控制器为数字集成控制器。

控制器为单片机或DSP。

本实用新型的列车检修电源系统包括：AC380V三相电源、主变压器、同步电源变压器、调相电路、三相整流桥、控制器、D/A转换器、TC787集成芯片、电压检测电路、第二A/D转换器、电压互感器、电压变送器、第一A/D转换器。

所述主变压器为升压变压器，主变压器一次侧绕组为三角形连接，主变压器二次侧绕组为星形连接，主变压器二次侧线电压超前其一次侧线电压30°，即主变压器连接组别为D，y11。主变压器输出端为三相整流桥提供电源。

所述同步电源变压器为降压变压器，同步电源变压器一次侧绕组为三角形连接，同步电源变压器二次侧绕组为星形连接，将二次侧星形连接的绕组中性点引出中性线，并与地相连，同步电源变压器二次侧线电压滞后其一次侧线电压30°，即同步电源变压器连接组别为D，yn1。同步电源变压器输出电压经调相电路，将同步信号送给TC787。

所述调相电路实现同步电源变压器输出电压相角与主变压器输出电压相角一致，调相电路的可实现0-60°移相，由主变压器连接组别D，y11和同步电源变压器连接组别D，yn1可知，调相电路需将同步电源变压器输出电压移相30°即可与主变压器输出电压相角一致，从而保障同步电压信号真正的同步。所述三相整流桥为三相桥式可控整流电路；

所述TC787受控于控制器，控制器输出数字信号经D/A转换模块输出模拟电压，模拟电压与TC787移相电压输入端相连，该模拟电压的大小决定了TC787产生PWM移相角大小，因此可通过控制器输出数字信号的大小来控制PWM移相角。

所述电压互感器将380V交流电压降压为100V交流电压输出。

所述交流电压变送器实现电压互感器输出端100V交流电压转换为0-5V直流电压。

电压检测电路、第二A/D转换器；所述辅助电路包括电压互感器、电压变送器、第一A/D转换器组成反馈电路。

所述控制器为单片机或STM32等控制芯片。

控制器为现有成熟器件，本方案不涉及任何方法和程序，属于实用新型的保护客体。所述TC787为集成三相移相触发器，是采用独有的先进IC工艺技术，并参照国外最新集成移相触发集成电路而设计的单片集成电路。它可单电源工作，亦可双电源工作，主要适用于三相晶闸管移相触发和三相功率晶体管脉宽调制电路，以构成多种交流调速和变流装置。它们是目前国内市场上广泛流行的TCA785及KJ(或KC)系列移相触发集成电路的换代产品，与TCA785及KJ(或KC)系列集成电路相比，具有功耗小、功能强、输入阻抗高、抗干扰性能好、移相范围宽、外接元件少等优点，而且装调简便、使用可靠，只需一个这样的集成电路，就可完成3只TCA785与1只KJ041、1只KJ042或5只KJ(3只KJ004、1只KJ041、1只KJ042)(或KC)系列器件组合才能具有的三相移相功能。因此，TC787可广泛应用于三相半控、三相全控、三相过零等电力电子、机电一体化产品的移相触发系统，从而取代TCA785、KJ004、KJ009、KJ041、KJ042等同类电路，为提高整机寿命、缩小体积、降低成本提供了一种新的、更加有效的途径。

有益效果：

本实用新型的基于TC787器件的列车检修电源，具有以下特点：

(1)采用TC787集成器件，大大简化了控制电路，成本低。

(2)采用反馈电路实时监测输出电压，并基于PI控制器实现闭环控制，有利于保障输出电压的精准。

(3)采用可调的调相电路，灵活性好，能获得最佳的同步信号。

(4)基于控制器实现数字控制，避免了模拟电路的复杂，且灵活性好，易于实施。

总而言之，本实用新型的列车检修电源，具有结构简单，输出电压精度高的优点，适合推广实施。

附图说明

图1为列车检修电源总体电原理框图；

图2为主变压器和三相整流桥结构；

图3为主变压器相量图；

图4为同步电源变压器和调相电路结构；

图5为同步电源变压器相量图；

图6为TC787引脚图；

图7为系统闭环控制结构。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明：

实施例1：如图1-7所示，一种基于TC787器件的列车检修电源，包括主电路和控制电路；

(1)主电路包括主变压器和三相全控整流桥；

主变压器为升压变压器；主变压器的原边和副边分别为三角形连接和星形连接；主变压器的原边接三相交流电源；主变压器的副边接三相全控整流桥的交流侧，三相全控整流桥的直流侧作为检修电源的输出侧输出直流电压；

(2)控制电路包括控制器和TC787器件；TC787器件为集成三相移相触发器；

主变压器的原边依次经电压互感器、交流电压变送器和第一A/D转换器接控制器的第一信号输入端；交流电压变送器用于将交流电压信号转化为直流电压信号；

三相全控整流桥的直流侧依次经电压检测电路和第二A/D转换器接控制器的第二信号输入端；电压检测电路为基于电阻的分压电路；

(3)主变压器的原边经同步电路与TC787器件的同步信号端相连；

控制器的输出端经D/A转换器接TC787器件的控制端；

TC787器件的6个PWM脉冲输出端与三相全控整流桥的6个功率器件的控制端对应相接。

同步电路包括同步电源变压器和调相电路；

同步电源变压器为降压变压器；

同步电源变压器的原边和副边分别为逆向三角形连接以及星形连接；

同步电源变压器的原边接三相交流电源，三相交流电源的副边接调相电路，调相电路包含3条结构相同的调相支路用于输出三相同步信号Va1，Vb1和Vc1。

调相支路包括可变电阻(如RP1)、调相电阻(如R1)、调相电容(如C4)、上拉电阻(如R7)、接地电阻(如R8)和输出电阻(如R13)；

可变电阻的一端接同步电源变压器的副边，可变电阻的另一端通过调相电阻与调相电容的负极相连；调相电容的正极通过输出电阻接同步信号输出端；

调相电容的正极通过上拉电阻接直流电压VSS；调相电容的正极经接地电阻接地。

控制器为数字集成控制器。

控制器为单片机或DSP。

如图1所示，本实用新型涉及一种基于TC787器件的列车检修电源电路包括：AC380V三相电源、主变压器、同步电源变压器、调相电路、三相整流桥、控制器、D/A转换器、TC787集成芯片、电压检测电路、第二A/D转换器、电压互感器、电压变送器、第一A/D转换器。

如图2所示。左侧虚线框中为主变压器结构，其首端均标在一次侧、二次侧绕组的同极性端，一次侧绕组连接方式为三角形连接，且为顺序连接，二次侧绕组连接方式为星形连接，由图3所示，图中U11、V11、W11分别为同步电源变压器一次侧的相电压，u22、v22、w22分别为同步电源变压器二次侧的相电压，EU11V11为U11、V11之间线电压，Eu22v22为u22、v22之间线电压，由相量图分析可知，Eu2v2超前EU1V130°，故主变压器二次侧线电压超前其一次侧线电压30°。右侧虚线框中为三相整流桥结构，其中，Sk(k＝1,2,…,6)代表六个晶闸管，C表示稳压电容，Ud表示三相整流桥输出电压。

如图4所示，左侧虚线框中为同步电源变压器结构，其首端均标在一次侧、二次侧绕组的同极性端，一次侧绕组连接方式为三角形连接，且为逆序连接，二次侧绕组连接方式为星形连接，二次侧星形连接，绕组中性点引出中性线，并与地相连。由图5所示，图中U1、V1、W1分别为同步电源变压器一次侧的相电压，u2、v2、w2分别为同步电源变压器二次侧的相电压，EU1V1为U1、V1之间线电压，Eu2v2为u2、v2之间线电压，由相量图分析可知，Eu2v2滞后EU1V130°，故同步电源变压器二次侧线电压滞后其一次侧线电压30°。右侧虚线框中为调相电路，其中，RPj(j＝1,2,3)为可调电位器，Ri(i＝1,2,…,15)为电阻，Ck(k＝1,2,3)为滤波电容，Cm(m＝4,5,6)为隔直耦合电容，GND为地，VSS为直流电压源，Va1、Vb1、Vc1均为调相电路输出端。通过调节电位器RPj可实现0-60°移相。由于主变压器二次侧线电压超前其一次侧线电压30°，因此，为保持同步电源变压器输出电压相位与主变压器输出电压相位保持一致，调相电路需调节RPj使其移相30°，从而保障三相整流桥的开关管准确触发。RPj为0-10K,Ri(i＝1,2,…,6)为15K，Ri(i＝7,8,…,12)为20K，Ri(i＝13,14,15)为20K，Ck(k＝1,2,3)为1μF，Cm(m＝4,5,6)为10μF，VSS为12V。

如图6所示，图中Va(引脚18)、Vb(引脚2)、Vc(引脚1)均为TC787同步信号的输入端，并依次与图2中调相电路输出端Va1、Vb1、Vc1，作为TC787同步信号。Ca(引脚16)、Cb(引脚14)、Cc(引脚15)分别外接电容形成锯齿波。Vr(引脚4)为移相电压输入端，通过调节Vr的大小可以实现PWM信号的移相。Pi(引脚5)为禁止端，当Pi置为1时，禁止PWM信号输出；当Pi置为0时，允许PWM信号输出。Pc(引脚6)为工作方式设置端，当Pc为高电平时，TC787输出双脉冲；当Pc为低电平时，TC787输出宽脉冲。

TC787器件的引脚说明：同步电压输入端:引脚1(Vc)、引脚2(Vb)及引脚18(Va)为三相同步输入电压连接端。应用中，分别接经输入滤波后的同步电压，同步电压的峰值应不超过TC787的工作电源电压VDD。(2)脉冲输出端:在半控单脉冲工作模式下，引脚8(C)、引脚10(B)、引脚12(A)分别为与三相同步电压正半周对应的同相触发脉冲输出端，而引脚7(-B)、引脚9(-A)、引脚11(-C)分别为与三相同步电压负半周对应的反相触发脉冲输出端。当TC787被设置为全控双窄脉冲工作方式时，引脚8为与三相同步电压中C相正半周及B相负半周对应的两个脉冲输出端；引脚12为与三相同步电压中A相正半周及C相负半周对应的两个脉冲输出端；引脚11为与三相同步电压中C相负半周及B相正半周对应的两个脉冲输出端；引脚9为与三相同步电压中A相同步电压负半周及C相电压正半周对应的两个脉冲输出端；引脚7为与三相同步电压中B相电压负半周及A相电压正半周对应的两个脉冲输出端；引脚10为与三相同步电压中B相正半周及A相负半周对应的两个脉冲输出端。应用中，均接脉冲功率放大环节的输入或脉冲变压器所驱动开关管的控制极。

由图1所示，电压互感器的输入端与AC380V三相电源连接，电压互感器输出AC100V三相电源，电压互感器的输出端与交流电压变送器相连，交流电压变送器可以输出三路0-5V的直流电压，将交流电压变送器输出模拟电压经第一A/D转换器输出信号送给控制器，控制器判断这三个电压是否相等，若三个电压均相等，则表明三相电源无缺相；若三个电压出有一个电压或者两个电压为零，则表明三相电源缺相，此时，控制器立即发出信号给TC787禁止端Pi(引脚5)，TC787立即停止产生PWM信号给三相整流桥，并且发出警报声，用于提醒工作人员三相电源不正常，从而有效的保证了DC600电源系统的安全运行。

如图7所示，电压检测电路与图2中三相整流桥的输出端电压Ud相连,其测量信号经第二A/D转换器输出信号U(t)送给减法器(减法器可以在控制器如DSP中实现)，控制器将U(t)与给定值R(t)比较得到误差信号e(t)，e(t)经数字PI控制器(简称PI控制器，PI控制器可以在控制器如DSP中实现)计算，得到所需的控制信号Pi，Pi经D/A转换器输出对应的模拟电压，该模拟电压与TC787的移相电压输入端Vr(引脚4)相连，TC787引脚4上电压的大小决定了PWM信号的移相角，从而实现三相整流桥输出电压恒定为600V。