DC 600 V逆变器过分相性能测试装置的研制

陈超林（南宁铁路局　科学技术研究所，工程师，广西　南宁　530001）



DC 600 V逆变器过分相性能测试装置的研制

陈超林
（南宁铁路局科学技术研究所，工程师，广西南宁530001）

摘要：为解决南宁车辆段库检车间的生产需要，研制了一套DC 600 V逆变器过分相性能测试装置，该装置由直流电源生成单元、模拟过分相单元、监控单元组成。装置的监控系统采用力控组态软件开发，具有自动模拟过分相功能，可在试验时无人值守，自动监控的试验数据为维护维修工作提供了数据支撑。现场运行结果表明，该装置操作方便、运行稳定，有助于提高检修效率。

关键词：DC 600 V；逆变器；过分相；力控组态软件

10.13572/j.cnki.tdyy.2016.01.011

现今，铁路DC 600 V直供电客车在线上运行时，屡有发生过分相后逆变器无法启动，导致客车空调系统、电茶炉等三相交流用电负载无法工作，造成旅客投诉及退票事件，严重影响了铁路运输企业的良好形象，也给铁路声誉造成了不良影响。发生过分相后逆变器无法启动的原因，主要是逆变器相关集成电路板性能不稳定造成的。

目前，南宁车辆段库检车间具有维修逆变器相关集成电路板的能力，为检测维修后的集成电路板的可靠性，提高其在实际运用中的稳定性，有必要对其进行过分相模拟试验。然而，库检车间已有的DC 600 V逆变器过分相模拟试验装置的功能单一，不能自动模拟过分相，依靠手动操作开关才能控制DC 600 V电源的输出。试验时只是手动操作1～2次模拟过分相试验，无法有效反映DC 600 V逆变器的实际运用工况，以致常发生在地面试验状况良好，上车运行一定时间后却出现故障的情况；再者已有的试验装置没有自动监控功能，试验数据依靠人工记录的可靠性不高且效率低，不能满足检修需求。因此，生产现场迫切需要一种带自动监控功能的过分相模拟试验装置，以检测维修后的DC 600 V逆变器相关集成电路板的性能稳定性。

1　设计方案

1.1外形结构为提高试验装置的灵活性，方便维修维护，采用模块化设计思想，应用人机工程学，将其设计成试验车的形式，装置分上、中、下3层空间结构，其中下层空间主要安装生成直流电源的相关元器件，为装置提供试验基础；中层空间主要安装实现模拟过分相的相关元器件；上层空间主要安装监控器件和负载控制部件，实现数字化自动监控及模拟客车上的负载控制。试验装置外形结构如图1所示。

图1试验装置外观结构示意图

试验装置采用不锈钢材料，耐用美观，且箱式不锈钢结构具有屏蔽保护功能。为方便试验人员操作，上层结构有别于中、下层，截面设计成梯形状，斜面面向操作者。将装置背面设计成可拆卸形式，便于维修维护。

为充分提高装置的利用效率，对试验装置做了冗余设计。在中层空间面板处预设了手动操作试验开关，即自动监控器件发生故障时，可以通过手动开关进行试验，不影响车间的正常生产。

1.2整体架构装置整体架构由直流电源生成单元、模拟过分相单元、监控单元组成，如图2所示。车间工作电源为交流380 V，因此，试验所需的直流600 V、110 V电源需经变压、整流、滤波后生成；客车过分相时，逆变器无工作电压输入，进入供电区后，逆变器输入DC 600 V电源，因此，采用触发板控制可控硅导通或截止，实现逆变器DC 600 V电源输入的通断控制；监控单元主要采用自动化设备，实现数据的采集与控制信号的输出，所有监控指令按试验要求，由监控主机下发。

图2装置整体架构

2　硬件设计

模拟过分相试验装置主要硬件直流电源生成单元、模拟过分相单元、监控单元的设计。

2.1直流电源生成单元试验装置输入电源为AC 380 V，因此需要直流电源生成单元来获得试验装置所需的DC 600 V和DC 110 V电压。生成直流电压的主要电路如图3所示，三相交流电压U、V、W经过变压、整流、滤波后，生成了DC 600 V或DC 110 V电压。DC 600 V电压是逆变器的输入电压（工作电压），DC 110 V电压是控制电压。

图3生成直流电压的主要电路

2.2模拟过分相单元模拟过分相就是实现逆变器输入电压的通断。本装置采用可控硅触发板来达到这一要求，该触发板具有触发端触发生成直流电压，调压端、电压回馈端及相位可调端用来满足输出电压可调的需求。通过控制端来操控直流电源是否输出DC 600 V电压，即实现逆变器输入电压的通断，以达到模拟逆变器过分相的工况。

2.3监控单元监控单元主要由工控一体机、PLC、数字量输入输出模块、模拟量输入模块、打印机等构成。

工控一体机通过采集PLC、I/O模块的数据，实现对试验过程的监控，采用的主要器件见表1。

表1主要器件名称及功能

3　软件开发

3.1开发流程选用北京三维力控组态软件ForceControl V7.0作为监控系统的开发环境。应用力控组态软件开发的监控系统人机界面友好，操作方便。试验装置监控系统的工程文件开发流程如图4所示。

图4工程文件开发流程

对于监控对象DC 600 V逆变电源过分相模拟试验装置来说，首先需要熟悉试验装置的具体工作原理及工作过程，分析其在试验过程中有哪些参数变化，明确记录参数；其次，按功能模块搭建监控系统框架画面，建立数据链接库；再次，丰富人机交互界面，调试并试运行监控系统。

监控系统工作流程大致如图5所示，监控系统实行开机自运行模式，工控机开机后，监控系统自动启动，直接进入监控界面，系统设置了权限管理模式，如未登录系统管理员设置的账户（包括系统管理员），则不能操作监控系统进行试验。登录账户后，对于试验参数，可采用界面显示的参数（是上一次试验时设置的参数，监控系统关闭后可自动记录，作为下次启动系统时的默认参数），至于停止试验的条件，可点击停止试验按钮来手动停止，或者通过设置停止试验时刻实现自动停止。在试验过程中，已登录的账户不可退出，以免影响数据记录的准确性。试验结束时，监控系统自动跳转到数据查询界面，按登录账户名查询最新的试验数据，并以最佳视图方式显示数据。

图5监控系统工作流程

3.2监控系统功能监控系统具有权限管理、参数设置、状态监控、实时数据展示、历史数据查询、报表导出及打印等功能。其中，权限管理以系统管理员为主体，只有系统管理员方可添加及删减账户名称；当登录账户后，任何账户都可修改自身的登录密码，并可在非试验时刻注销登录。如要进行参数设置，也必须先登录系统账户方能操作。为增加界面的人机交互友好性，设计了状态监控功能，提示用户当前状态下监控系统是否属于试验状态。

4　试验数据

自动监控的试验数据如下截的图6所示，从图中数据可以看出逆变器在做过分相测试试验时，逆变器启动失败次数及原因。详细记录的试验数据，有助于维修人员分析逆变器故障原因，利于快速查找问题所在，提高了维修效率，同时也减轻了劳动强度。

图6数据截图

5　结束语

该试验装置的研制成功，将大大提高对维修后的DC 600 V逆变器的相关集成电路板的过分相性能的检验，弥补现有试验的不足，进一步提高DC 600 V逆变器的检修水平，对保障客车出库质量、提高客运服务水平具有积极意义。

中图分类号：U279.3+2

文献标识码：A

文章编号：1006-8686（2016）01-0035-03