CN101403653A - 环型极板水电阻直流负载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环型极板水电阻直流负载装置，该装置的正、负极板全部埋入水中，由N个电磁接触器控制的N个正极板分段导通；并设置由脉宽调制模块PWM控制的半导体功率开关器件控制进行段间电阻(电导)改变以实现水电阻直流负载的全程无级调节。本发明不需建造地下蓄水池，结构简单，操作方便，成本低，能够实现水电阻直流负载的全程无级调节。

Description

环型极板水电阻直流负载装置

技术领域

本发明属于车(船)用水电阻直流负载装置，主要涉及一种用于电传动内燃机车(船)负荷试验的环型极板水电阻直流负载装置。

背景技术

电传动内燃机负荷试验是机车(船)在出厂或检修后必须的也是最终的总体试验，由于其耗功装置绝大多数是水电阻结构，因此也叫水阻试验。传统的机车(船)水电阻直流负载装置由箱体，正负极板，极板升降机构组成。箱体内盛满既作为导电电阻，又是散热介质的水。试验时机车主整流柜输出电压正端接活动极板(正极板)，通过升降活动极板改变极板侵入水中的截面积，达到改变电阻值，即调节负载之目的。随着科技发展，这种传统的水电阻直流负载装置已经显露出一些明显的缺陷：

1、体积庞大，结构复杂，制造成本高；

2、由于活动极板处在上半部分，因此一般总是表层水导电，并很快就沸腾，冒出大量蒸汽，而此时大部分下层水却为参与工作，散热效果很不充分；

3、由于表层水沸腾，极板与水形成的截面积动荡频繁，调节电流不稳定；

4、北方地区冬天为防冻还需建造地下蓄水池。

发明内容

为解决上述传统水电阻直流负载装置的体积庞大、结构复杂、成本高、散热不充分等问题，本发明提供了一种环型极板水电阻直流负载装置。

本发明的技术方案如下：一种环型极板水电阻直流负载装置，包括箱体、正负极板，其特征在于：所述的正、负极板全部埋入水中，正极板包括由电磁接触器控制的可分段导通的正极板，还包括由半导体功率开关器件控制其导通与关段可产生连续可调电流的正极板，半导体功率开关器件由脉宽调制模块控制。

所述的正、负极板采用同心圆柱形等间距环形排列。

所述的各分段正极板极板高度应保证每段电导以2ⁿ递增，即G₁＝1，G₂＝2，G₃＝4，G₄＝8，G₅＝16，……，依次类推。

所述产生连续可调电流的正极板电导与电磁接触器控制导通的正极板的最小段电导相同。

还设置有电导值满足负载最小值的常导通正极板一块。

所述的电磁接触器、半导体功率开关器件的控制信号由电流调节电位器提供：电流调节电位器经m位模/数转换器的高n位产生开关量信号，通过电磁接触器控制正极板分段导通；由m位模/数转换器的低(m-n)位经数/模转换器产生模拟电压信号，再经脉宽调制模块控制半导体功率开关器件(如IGBT或IGCT)来调节连续可调段电极板实现段间电阻变换。

所述的箱体采用正多边形或圆形。

采用上述技术方案后，本发明不需建造地下蓄水池，结构简单，操作方便，成本低，能够实现水电阻直流负载的全程无级调节。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明实施例中极板通断控制电路的原理图

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明

本发明是一种用于电传动内燃机车(船)负荷试验的环型极板水电阻直流负载装置。由于通常受控极板为正极板，本发明以正极板受控为例进行说明。负极板受控的结构和原理与正极板受控相同。

如图1所示，取消了原传统水电阻直流负载装置的极板升降机构，本发明包括箱体7、正负极板，其正、负极板全部埋入水中，正极板包括由电磁接触器控制的可分段导通的正极板，还包括由半导体功率开关器件控制其导通与关段可产生连续可调电流的正极板4，半导体功率开关器件由脉宽调制模块控制。正极板的分段导通与产生连续可调电流，可实现水电阻直流负载的全程无级调节。

在本发明的实施例中，可分段导通的正极板分为5段，分别为极板1、极板2、极板3、极板4、极板5，即图1中的8、9、10、11、6。图1中1为极板连接导线，2为电控柜，3为主发整流电压接入端，12为绝缘底支架。

本发明的箱体7采用正多边形或圆形，以提高抗变形能力。

本发明的正、负极板采用同心圆柱形等间距环形排列，极板全部没入水中，可以减轻极板氧化生锈。由于极板是等间距同心柱面，有较好的抗变形能力，极板电导的计算公式应为：

$G_i=\frac{2\mathrm{\πL}}{\mathrm{\ρ}}\·(\frac{1}{\ln \frac{r}{r-a}}+\frac{1}{\ln \frac{r+a}{r}})$ (i-极板数)

其中：ρ-电阻率；a-各极板间距；L-极板高；r-极板半径，r＝2na。

各正极板高度应保证每段电导以2ⁿ递增，即G₁＝1，G₂＝2，G₃＝4，G₄＝8，G₅＝16，……，依此类推。若设最小极板的电导G＝1时，高L＝1；则各正极板的高度L及半径r的关系为：

n	1	2	3	4	5	……
							G	1	2	4	8	16	……
L	1	0.98247	1.306	1.957	3.128	……
							r	2a	4a	6a	8a	10a

相邻负极板高度≥正极板高度。

为了使负载连续可调，本发明设置了由半导体功率开关器件(如IGBT或IGCT)控制的正极板4一块，其电导G＝1。

为了防止负载突然断开/消失造成“飞车”，设有常通正极板5一块，其电导值应能满足负载试验时的最小值。

本发明中极板通断控制电路的原理图如图2所示。由于其电路为常规电路，电路结构就不做详细说明。假设受控极板由5块接触器控制极板+1块IGBT控制极板+1块常通极板(电导值设为4)，共计7块极板组成，其工作原理如下：由电流调节电位器AD674经12位A/D的高5位产生开关量信号，经中间继电器JDQ驱动5个电磁接触器JCQ，控制5个电导为2¹到2⁴的正极板导通或关断；由A/D低7位经AD558产生模拟电压信号，再经脉宽调制模块PWM驱动半导体功率开关器件(如IGBT或IGCT)来控制G＝1的极板流过的电流I_1G由0到VG的改变。当I_1G达到VG并继续增大调节电位器时，电磁接触器动作；，极板总电导G_总增加1，I_1G重新回零开始增加；反之亦然。控制精度最高可达1/(128*36)＝1/4608。这是电磁接触器同IGBT相互分工相互配合共同完成整个负载的平滑连续调节。

另外，本发明中各极板最小电导的选定要考虑IGBT的最大通过电流，以及对IGBT的过流/过压保护及散热。

Claims (7)

1、一种环型极板水电阻直流负载装置，包括箱体、正负极板，其特征在于：所述的正、负极板全部埋入水中，正极板包括由电磁接触器控制的可分段导通的正极板，还包括由半导体功率开关器件控制其导通与关段可产生连续可调电流的正极板，半导体功率开关器件由脉宽调制模块控制。

2、如权利要求1所述的环型极板水电阻直流负载装置，其特征在于：所述的正、负极板采用同心圆柱形等间距环形排列。

3、如权利要求1所述的环型极板水电阻直流负载装置，其特征在于：所述的各分段正极板极板高度应保证每段电导以2ⁿ递增，即G₁＝1，G₂＝2，G₃＝4，G₄＝8，G₅＝16，……，依次类推。

4、如权利要求1所述的环型极板水电阻直流负载装置，其特征在于：所述产生连续可调电流的正极板电导与电磁接触器控制导通的正极板的最小段电导相同。

5、如权利要求1所述的环型极板水电阻直流负载装置，其特征在于：还设置有电导值满足负载最小值的常导通正极板一块。

6、如权利要求1所述的环型极板水电阻直流负载装置，其特征在于：所述的电磁接触器、半导体功率开关器件的控制信号由电流调节电位器提供：电流调节电位器经m位模/数转换器的高n位产生开关量信号，通过电磁接触器控制正极板分段导通；由m位模/数转换器的低(m-n)位经数/模转换器产生模拟电压信号，再经脉宽调制模块控制半导体功率开关器件(如IGBT或IGCT)来调节连续可调段电极板实现段间电阻变换。

7、如权利要求1所述的环型极板水电阻直流负载装置，其特征在于：所述的箱体采用正多边形或圆形。

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