一种用于牵引供电系统稳压取电的调理电路的制作方法

本实用新型涉及铁芯取电领域，具体涉及一种用于牵引供电系统稳压取电的调理电路。

背景技术：

列车在运行过程中存在加速、惰行和制动各种状态，以及，列车受线路坡度、弯道半径、气象条件和司机操作等因素、供电臂上列车数量的变化的影响，因此，列车在运行过程中的电力负荷与其他电力负荷相比，用于列车的牵引供电系统负荷具有冲击性和随机性，其中，牵引供电线路的电流会随机性大幅度波动。现有的牵引电力机车为波动性很大的大功率单相整流负荷，运行时供电系统会产生大量的高频次谐波，并且，随列车类型的不同，供电系统的波形畸变不同，谐波频率不同。

随着牵引供电系统运维技术的发展，越来越多的监测装置安装在牵引供电线路上，为了使监测装置能够长期运行，减少运维工作量，监测装置越来越多的采用铁芯取电方式自行供电。牵引供电系统线路上的电流包含冲击负荷和运行谐波，导致监测装置铁芯取电的电压不稳定，不能保证各监测功能电路的正常供电，将导致装置性能不稳定，影响数据监测的准确度，降低了装置使用寿命，甚至导致故障的情况发生。因此，需要对铁芯取电进行调理，以得到稳定的电源输出。

目前的输配电线路上取电，为了使输出电压稳定，已有采取整流桥结合PID控制调节的方法，然而，PID控制参数调节，电压改变需要有一个时间过程，对于牵引供电系统负荷电流的大幅值、随机性变化不能及时有效地进行调整；对于谐波常用无源滤波器，由于无源滤波器只工作于特定频率，而牵引供电系统线路上常有多个频次运行谐波，若采用多组滤波器，设计复杂且各组调谐滤波器之间相互影响，使调谐变得困难。

因此，目前对于牵引供电系统线路上铁芯取电电源没有有效的调理稳压方案。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种用于牵引供电系统稳压取电的调理电路，能够从牵引供电系统线路上进行取电，并进行稳定输出。

本实用新型采取的技术方案是，一种用于牵引供电系统稳压取电的调理电路，包括，互感线圈电路、整流桥电路、检测电路和CPU单元电路U1；所述互感线圈电路通过整流桥电路与检测电路连接，CPU单元电路U1分别与互感线圈电路、整流桥电路和检测电路连接，互感线圈电路用于与列车牵引供电线路感应取电给各单元电路供电，互感线圈上设有第一接点A和位于不同位置的两个第二接点B、C，CPU单元电路U1通过继电器K1控制本调理电路与互感线圈上设有取电连接的第一接点A和择一连接两个第二接点B、C的接入。

还包括有与整流桥电路连接的保护电路和输出电路；所述保护电路通过输出电路与监测装置供电电路连接；检测电路还包括有电压检测电路和电流检测电路，电流检测电路还包括运算放大器A1。

所述CPU单元电路U1 30采用的集成电路型号为STM32L 151，整流桥电路采用的场效应管均为N沟道MOS管，保护电路采用的场效应管为P沟道MOS管。

本实用新型的有益效果是，由于互感线圈、整流桥电路、检测电路、CPU单元电路U1共同组成了一个电压电流调节闭环，互感线圈通过继电器K1选择不同的接入点，即通过接入不同匝数的互感线圈来改变感应电源的大小，避免了在线路中的负荷电流大幅值变化时出现CPU单元电路U1调节整流桥反应不及时的问题，进一步保证了监测装置供电的稳定。

附图说明

图1是本实用新型调理电路的电路示意图。

图中：

10、互感线圈电路 20、整流桥电路

30、CPU单元电路U1 40、检测电路

50、保护电路 60、输出电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

图1是本实用新型实施例中调理电路的电路示意图。

如图1所示，本实用新型一种用于牵引供电系统稳压取电的调理电路，调理电路用于为列车牵引供电系统的监测装置稳定供电，包括互感线圈电路10、整流桥电路20、检测电路40和CPU单元电路U1 30，互感线圈电路10通过整流桥电路20与检测电路40连接，CPU单元电路U1分别与互感线圈电路10、整流桥电路20和检测电路40连接，互感线圈电路10用于与列车牵引供电线路感应取电给各单元电路供电，互感线圈上设有第一接点A和位于不同位置的两个第二接点B、C，CPU单元电路U1通过继电器K1控制本调理电路与互感线圈上设有取电连接的第一接点A和择一连接两个第二接点B、C的接入。

继电器K1连接电源电压VCC，且继电器K1还连接第六电阻R6、第七电阻R7和三极管T1，第六电阻R6一端与继电器K1连接，第六电阻的另一端与三极管T1的集电极连接，三极管T1的发射极接地，三极管T1的基极与第七电阻R7的一端连接，第七电阻R7的另一端与CPU单元电路U1连接，能够使该CPU单元电路U1控制继电器K1使整流桥电路与互感线圈中的第一接点和择一连接两个第二接点B、C的接入。

整流桥电路20包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3和第四MOS管Q4，均为N沟道MOS管，第一MOS管Q1的栅极、第二MOS管Q2的栅极、第三MOS管Q3的栅极和第四MOS管Q4的栅极分别与CPU单元电路U1的4、2、3和1号IO接口连接，第一MOS管Q1的漏极和第二MOS管Q2的漏极并联后与继电器K1的中心接点连接，第一MOS管Q1的源极和第二MOS管Q2的源极分别与第三MOS管Q3的漏极和第四MOS管Q4的漏极连接，第三MOS管Q3的源极和第四MOS管Q4的源极并联后与第一接点连接，且第二MOS管Q2的源极和第四MOS管Q4的漏极均接地，通过CPU单元电路U1控制第一MOS管Q1的栅极、第二MOS管Q2的栅极、第三MOS管Q3的栅极和第四MOS管Q4的栅极的电压，以调节通过该整流桥电路的电压和电流，保证整流桥电路输出稳定电压和电流。

还包括有与整流桥电路连接的保护电路50和输出电路60，保护电路50通过输出电路60与监测装置供电电路连接；检测电路还包括有电压检测电路和电流检测电路，电流检测电路包括运算放大器A1。

检测电路40包括分别用于检测整流桥电路输出的电压检测电路和电流检测电路，CPU单元电路U1的5号IO接口与继电器K1的控制端连接，CPU单元电路U1接收检测电路的检测数据，控制继电器K1调节整流桥电路的接入点，CPU单元电路U1通过PID程序控制调节整流桥电路通过的电压与电流，其中，CPU单元电路U1的6号IO接口连接电源电压VCC，且所述CPU单元电路U1的10号IO接口接地。

互感线圈取电电流中通常包含高频谐波电流，互感线圈匝数越少，产生的高频谐波就越小，在交流电通过互感线圈时会产生阻抗，根据电感的阻抗公式ZL=jwL，w是信号的角频率，频率越高阻抗越高，因此，线圈阻高频，通低频，能够起到对感应电流中高频谐波的过滤作用。

电压检测电路包括分压式取样的第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1和第二电阻R2之间的取样电压输出到CPU单元电路U1的7号IO接口， CPU单元电路U1经过数模转换得到整流桥电路的输出电压值。即，电压检测电路包括一端与第一MOS管Q1的源极或第三MOS管Q3的漏极连接的第一电阻R1和一端与单片机U1的并联后与第一电阻R1另一端连接的第二电阻R2，其中，单片机U1的7号IO接口接于第一电阻R1和第二电阻R2之间，第二电阻R2的另一端接地，根据分压测量法，单片机U1经过数模转换得到整流桥电路的输出电压值。

电流检测电路包括运算放大器A1和与运算放大器A1输出端并联的第三电阻R3，运算放大器A1的同相输入端与CPU单元电路U1的8号IO接口连接，运算放大器A1的反相输入端接地，运算放大器A1放大第三电阻R3两端的电压，CPU单元电路U1经过数模转换得到整流桥电路的输出电流值。

调理电路还包括有保护电路，保护电路通过输出电路与监测装置供电电路连接。保护电路包括第四电阻R4、第五电阻R5和第五MOS管Q5，第五MOS管Q5为P沟道MOS管，第四电阻R4一端与第五MOS管Q5的源极连接后并与检测电路的输出端连接，第四电阻R4另一端与第五MOS管Q5的栅极连接后并与第五电阻R5一端连接，第五电阻R5另一端与CPU单元电路U1的9号IO接口连接，第五MOS管Q5的漏极用于与监测装置连接，CPU单元电路U1通过检测电路的检测数据调节第五MOS管Q5栅极的电压，以使在高、低电平范围内第五MOS管Q5的源极和漏极为通路，在高、低电平范围外第五MOS管Q5的源极和漏极为断路，保证了电压和电流输出的安全性；且检测电路、CPU单元电路U1和保护电路共同组成一个过压过流保护闭环，保证了安装于牵引供电系统线路上的监测装置各用电元件的用电安全性。

调理电路还包括有输出电路，输出电路一端与检测电路的输出端连接，输出电路另一端用于与监测装置连接，输出电路用于输出稳定电压和电流；输出电路包括第一电容C1和第二电容C2，第一电容C1为带极性电容，第二电容C2为不带极性电容，且第一电容C1的正极与第二电容C2的一极连接后连接于检测电路的输出端，第一电容C1的负极和第二电容C2的另一极连接后接地，通过设置第一电容C1和第二电容C2，能够起到滤除杂波和储能稳压的作用，使通过该输出电路的电压和电流更平稳，从而提高监测装置各用电元件的用电安全性。

本调理电路中的互感线圈、整流桥电路、检测电路、CPU单元电路U1共同组成了一个电压电流调节闭环，互感线圈通过继电器K1选择不同的接入点，即通过接入不同匝数的互感线圈来改变感应电源的大小，避免了在线路中的负荷电流大幅值变化时，出现CPU单元电路U1调节整流桥反应不及时的问题；通过CPU单元电路U1采用PID程序控制调节互感线圈第二接点的变换及与整流桥电路相结合的方式，使该调节电路能够适应列车牵引供电系统线路负荷电流大幅值随机性的变化，并能有效减少牵引供电系统线路上运行谐波对该调理电路的影响，使该调理电路输出稳定电压和电流。

值得指出的是，本实用新型的保护范围并不局限于上述具体实例方式，根据本实用新型的基本技术构思，也可用基本相同的结构，可以实现本实用新型的目的，只要本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本实用新型的保护范围。