CN105510680B - 一种交直流网压检测装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种交直流网压检测装置，包括：高压互感器、限流电阻、隔直通交电路、隔交通直电路、交流采样电路和直流采样电路，当机车车顶供电网线提供交流电压时，高压互感器的原边和限流电阻对该交流电压进行分压，限流电阻作为交流网压采样电阻，将采集到的交流电压信号通过隔直通交电路输出至交流采样电路，从而使CCU通过TCU控制双流制或多流制电力机车在交流网压下运行；当机车车顶供电网线提供直流电压时，高压互感器的原边和限流电阻对该直流电压进行分压，限流电阻作为直流网压采样电阻，将采集到的直流电压信号通过隔交通直电路输出至直流采样电路，从而使CCU通过TCU控制双流制或多流制电力机车在直流网压下运行。

Description

一种交直流网压检测装置
技术领域
本发明涉及铁路机车技术领域，更具体的说，涉及一种交直流网压检测装置。
背景技术
目前国内外电力机车主要有两种：交流电力机车和直流电力机车。交流电力机车的交流供电系统网压主要是AC25kV/50HZ，交流电力机车的网压检测技术方案是在机车车顶供电网线和车体之间设置一个高压互感器，高压互感器将采集到的交流电压信号通过交流采样电路输出至CCU(Center Control Unit，中央控制单元)，从而CCU通过TCU(TractionControl Unit，牵引控制单元)控制交流电力机车在交流网压下运行。直流电力机车的直流供电系统网压主要是DC3kV/DC1.5kV/DC0.75kV，直流电力机车的网压检测技术方案是在机车车顶供电网线和车体之间设置一个直流电压传感器，直流电压传感器将采集到的直流电压信号通过直流采样电路输出至CCU，CCU通过TCU控制直流电力机车在直流网压下运行。
随着经济的发展，既可以运行在交流供电区又可以运行在直流供电区的双流制或多流制电力机车逐渐出现，并成为电力机车的主要发展方向。双流制或多流制电力机车的网压检测电路通常由交流网压检测电路和直流网压检测电路组成，但是，在实际应用中存在如下问题：(1)高压互感器在直流网压下将承受DC3kV/DC1.5kV/DC0.75kV直流电压，由于高压互感器原边绕组直流电阻很低，因此，高压互感器的原边在直流网压下会因过电流发热而烧毁。(2)直流电压传感器在交流网压下将承受AC25kV/50HZ交流电压，由于直流电压传感器是按照DC3kV或DC1.5kV设计的，因此，直流电压传感器会因绝缘而烧毁，并导致机车主电路接地。
综上，如何提供一种适用于双流制或多流制电力机车的交直流网压检测装置是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种交直流网压检测装置，以实现对双流制或多流制电力机车供电系统网压的交直流检测。
一种交直流网压检测装置，包括：高压互感器、限流电阻、隔直通交电路、隔交通直电路、交流采样电路和直流采样电路；
所述高压互感器的原边的一端连接机车车顶供电网线，所述原边的另一端通过所述限流电阻连接接地端；
所述高压互感器和所述限流电阻的公共端分别连接所述隔直通交电路的输入端和所述隔交通直电路的输入端；
所述隔直通交电路的输出端连接所述交流采样电路的输入端，所述交流采样电路的输出端分别连接中央控制单元CCU和牵引控制单元TCU；
所述隔交通直电路的输出端连接所述直流采样电路的输入端，所述直流采样电路的输出端分别连接所述CCU和所述TCU。
优选的，所述隔直通交电路包括：第一电容和第一电阻；
所述第一电容的正极板作为所述隔直通交电路的输入端连接所述公共端，所述第一电容的负极板连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端作为所述隔直通交电路的输出端连接所述交流采样电路的输入端。
优选的，所述隔交通直电路包括：第二电阻、滤波电感和第二电容；
所述第二电阻的一端作为所述隔交通直电路的输入端连接所述公共端，所述第二电阻的另一端连接所述滤波电感的一端，所述滤波电感的另一端通过所述第二电容连接接地端，所述滤波电感和所述第二电容的公共端作为所述隔交通直电路的输出端连接所述直流采样电路的输入端。
优选的，所述交流采样电路包括：隔离变压器、整流电路、交流供电模式判断电路和交流供电幅值直流-直流变换电路；
所述隔离变压器的原边与所述隔直通交电路的输出端连接，所述隔离变压器的副边与所述整流电路的输入端连接，所述整流电路的输出端分别与所述交流供电模式判断电路的输入端和所述交流供电幅值直流-直流变换电路的输入端连接，所述交流供电模式判断电路的输出端分别与所述CCU和所述TCU连接，所述交流供电幅值直流-直流变换电路的输出端与所述CCU连接，其中，所述隔离变压器的原边和副边均连接接地端；
所述隔离变压器的原边获取所述隔直通交电路输出的交流电压信号，所述隔离变压器的副边感应的交流电压信号经所述整流电路整流后被输出至所述交流供电模式判断电路，所述交流供电模式判断电路将整流后得到的直流电压信号转换成对应的交流供电制式信号输出至所述CCU和所述TCU，同时，所述交流供电幅值直流-直流变换电路将所述整流后得到的直流电压信号转换成对应的交流幅值信号输出至所述CCU。
优选的，所述交流供电模式判断电路包括：驱动电路和交流继电器；
所述驱动电路的输入端与所述整流电路的输出端连接，所述驱动电路的输出端与所述交流继电器的线圈连接，所述交流继电器的常开触点分别与所述CCU和所述TCU连接；
所述整流电路输出的所述整流后得到的直流电压信号，通过所述驱动电路驱动所述交流继电器的线圈得电，所述常开触点闭合，从而将所述整流后得到的直流电压信号转换成对应的所述交流供电制式信号输出至所述CCU和所述TCU。
优选的，所述交流供电幅值直流-直流变换电路为第一直流-直流变换器。
优选的，所述直流采样电路包括：直流供电模式判断电路和直流供电幅值直流-直流变换电路；
所述直流供电模式判断电路的输入端与所述隔交通直电路的输出端连接，所述直流供电模式判断电路的输出端分别与所述CCU和所述TCU连接；
所述直流供电幅值直流-直流变换电路的输入端与所述隔交通直电路的输出端连接，所述直流供电幅值直流-直流变换电路的输出端与所述CCU连接；
所述直流供电模式判断电路获取所述隔交通直电路输出的直流电压信号，并将所述直流电压信号转换为对应的直流供电制式信号输出至所述CCU和所述TCU，同时所述直流供电幅值直流-直流变换电路获取所述直流电压信号，并将所述直流电压信号转换成对应的直流幅值信号输出至所述CCU。
优选的，所述直流供电模式判断电路包括：发光二极管、驱动电路和直流继电器；
所述发光二极管的阳极连接所述隔交通直电路的输出端，阴极连接接地端；所述发光二极管通过所述驱动电路与所述直流继电器的线圈连接，所述直流继电器的常开触点分别与所述CCU和所述TCU连接；
所述发光二极管接收所述隔交通直电路输出的所述直流电压信号，并根据所述直流电压信号通过所述驱动电路驱动所述直流继电器的线圈得电，所述常开触点闭合，从而将所述直流电压信号转换为对应的直流供电制式信号输出至所述CCU和所述TCU。
优选的，所述直流供电幅值直流-直流变换电路为第二直流-直流变换器。
从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种交直流网压检测装置，包括：高压互感器、限流电阻、隔直通交电路、隔交通直电路、交流采样电路和直流采样电路，当机车车顶供电网线提供交流电压时，高压互感器的原边和限流电阻对该交流电压进行分压，限流电阻作为交流网压采样电阻，将采集到的交流电压信号通过隔直通交电路输出至交流采样电路，从而使CCU通过TCU控制双流制或多流制电力机车在交流网压下运行；当机车车顶供电网线提供直流电压时，高压互感器的原边和限流电阻对该直流电压进行分压，限流电阻作为直流网压采样电阻，将采集到的直流电压信号通过隔交通直电路输出至直流采样电路，从而使CCU通过TCU控制双流制或多流制电力机车在直流网压下运行。由于限流电阻的分压作用，使得高压互感器的原边在直流网压下不会过电流，因此，本发明提供的检测装置实现了对双流制或多流制电力机车供电系统网压的交直流检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种交直流网压检测装置的结构示意图；
图2为本发明实施例公开的一种交流采样电路的电路图；
图3为本发明实施例公开的一种直流采样电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种交直流网压检测装置，以实现对双流制或多流制电力机车供电系统网压的交直流检测。
参见图1，本发明实施例提供了一种交直流网压检测装置的结构示意图，包括：
高压互感器11、限流电阻RL、隔直通交电路12、隔交通直电路13、交流采样电路14和直流采样电路15；
其中：
高压互感器11的原边的一端连接机车车顶供电网线(AC/DC)，所述原边的另一端通过限流电阻RL连接接地端；
需要说明的是，由于机车车体通常都连接接地端，因此，限流电阻RL连接接地端的一端在实际连接中可以连接至机车车体。
高压互感器11和限流电阻RL的公共端分别连接隔直通交电路12的输入端和隔交通直电路13的输入端；
隔直通交电路12的输出端连接交流采样电路14的输入端，交流采样电路14的输出端分别连接CCU01(Center Control Unit，中央控制单元)和TCU02(Traction ControlUnit，牵引控制单元)；
隔交通直电路13的输出端连接直流采样电路15的输入端，直流采样电路15的输出端分别连接CCU01和TCU02。
当机车车顶供电网线提供交流电压(AC25kV)时，高压互感器11的原边和限流电阻RL对该交流电压进行分压，此时限流电阻RL作为交流网压采样电阻，将采集到的交流电压信号通过隔直通交电路12输出至交流采样电路14，从而使CCU01通过TCU02控制双流制或多流制电力机车在交流网压下运行；当机车车顶供电网线提供直流电压(DC3kV或DC1.5kV或DC0.75kV)时，高压互感器11的原边和限流电阻RL对该直流电压进行分压，限流电阻RL作为直流网压采样电阻，将采集到的直流电压信号通过隔交通直电路13输出至直流采样电路15，从而使CCU01通过TCU02控制双流制或多流制电力机车在直流网压下运行。由于限流电阻RL的分压作用，使得高压互感器11的原边在直流网压下不会过电流，因此，本发明提供的检测装置实现了对双流制或多流制电力机车供电系统网压的交直流检测。
需要说明的是，限流电阻RL的阻值需远高于高压互感器11的原边电阻，例如，当机车车顶供电网线提供直流电压时，高压互感器11的原边将分压33.3％的直流电压，限流电阻RL将分压66.7％的直流电压，这种设计方式可以避免高压互感器11的原边在直流网压下不会因过电流而烧毁。
为进一步优化上述实施例，本发明还提供了隔直通交电路12的具体结构，参见图1，隔直通交电路12包括：第一电容C1和第一电阻R1；
第一电容C1的正极板作为隔直通交电路12的输入端连接高压互感器11和限流电阻RL的公共端，第一电容C1的负极板连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端作为隔直通交电路12的输出端连接交流采样电路14的输入端。
由于第一电容C1具有通交流阻直流的作用，因此，直流电压不能通过第一电容C1进入交流采样电路14，与此同时，交流电压能能够通过第一电容C1进入交流采样电路14，从而实现了交流电压和直流电压的分离。
为进一步优化上述实施例，本发明还提供了隔交通直电路13的具体结构，参见图1，隔交通直电路13包括：第二电阻R2、滤波电感L和第二电容C2；
第二电阻R2的一端作为隔交通直电路13的输入端连接高压互感器11和限流电阻RL的公共端，第二电阻R2的另一端连接滤波电感L的一端，滤波电感L的另一端通过第二电容C2连接接地端，滤波电感L和第二电容C2的公共端作为隔交通直电路13的输出端连接直流采样电路15的输入端。
由于第二电容C2具有通交流阻直流的作用，因此，通过限流电阻RL的交流电压被第二电容C2短路，使得交流电压不能进入直流采样电路15，与此同时，直流电压可以通过滤波电感L和第二电容C2进入直流采样电路。
为进一步优化上述实施例，参见图2，本发明实施例提供的一种交流采样电路的电路图，包括：隔离变压器141、整流电路142、交流供电模式判断电路143和交流供电幅值直流-直流(DC/DC)变换电路144；
其中：
隔离变压器141的原边与隔直通交电路12的输出端连接，隔离变压器141的副边与整流电路142的输入端连接，整流电路142的输出端分别与交流供电模式判断电路143的输入端和交流供电幅值直流-直流变换电路144的输入端连接，交流供电模式判断电路143的输出端分别与CCU01和TCU02连接，交流供电幅值直流-直流变换电路144的输出端与CCU01连接，其中，隔离变压器141的原边和副边均连接接地端。
工作原理为：
隔离变压器141的原边获取隔直通交电路12输出的交流电压信号，隔离变压器141的副边感应的交流电压信号经整流电路142整流后被输出至交流供电模式判断电路143，交流供电模式判断电路143将整流后得到的直流电压信号转换成对应的交流供电制式信号输出至CCU01和TCU02，同时，交流供电幅值直流-直流变换电路144将整流后得到的直流电压信号转换成对应的交流幅值信号输出至CCU01。
其中，交流供电模式判断电路143包括：驱动电路1431和交流继电器KT1；
驱动电路1431的输入端与整流电路142的输出端连接，驱动电路1431的输出端与交流继电器KT1的线圈连接，交流继电器KT1的常开触点分别与CCU01和TCU02连接；
整流电路142输出的整流后得到的直流电压信号，通过驱动电路1431驱动交流继电器KT1的线圈得电，交流继电器KT1的常开触点闭合，从而将整流后得到的直流电压信号转换成对应的交流供电制式信号输出至CCU01和TCU02。
优选的，交流供电幅值直流-直流变换电路144为第一直流-直流变换器。
直流-直流(DC/DC)变换器是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。
当机车车顶供电网线提供交流电压(AC25kV)时，交直流网压检测装置的工作原理为：
交流电压经限流电阻RL分压获得预设交流电压(例如0.5％交流电压)，0.5％交流电压经过第一电容C1和第一电阻R1后，输出至隔离变压器141的原边，从而使机车完成交流电压采样。隔离变压器141的副边感应的交流电压信号经整流电路142整流后，通过驱动电路1431驱动交流继电器KT1的线圈得电，交流继电器KT1的常开触点闭合，从而将整流后得到的直流电压信号转换成对应的交流供电制式信号输出至CCU01和TCU02，与此同时，第一直流-直流变换器将整流后得到的直流电压信号转换成对应的交流幅值信号(0～20mA)输出至CCU01，从而CCU01通过监测0～20mA对交流电压的幅值进行相应处理。
为进一步优化上述实施例，参见图3，本发明实施例提供的一种直流采样电路的电路图，包括：直流供电模式判断电路151和直流供电幅值直流-直流(DC/DC)变换电路152；
其中：
直流供电模式判断电路151的输入端与隔交通直电路13的输出端连接，直流供电模式判断电路151的输出端分别与CCU01和TCU02连接；
直流供电幅值直流-直流变换电路152的输入端与隔交通直电路13的输出端连接，直流供电幅值直流-直流变换电路152的输出端与CCU01连接。
工作原理为：
直流供电模式判断电路151获取隔交通直电路13输出的直流电压信号，并将所述直流电压信号转换为对应的直流供电制式信号输出至CCU01和TCU02，同时直流供电幅值直流-直流变换电路152获取直流电压信号，并将该直流电压信号转换成对应的直流幅值信号输出至CCU01。
其中，直流供电模式判断电路151包括：发光二极管D1、驱动电路1511和直流继电器KT2；
发光二极管D1的阳极连接隔交通直电路13的输出端，阴极连接接地端；发光二极管D1通过驱动电路1511与直流继电器KT2的线圈连接，直流继电器KT2的常开触点分别与CCU01和TCU02连接；
发光二极管D1接收隔交通直电路13输出的直流电压信号，并根据该直流电压信号通过驱动电路1511驱动直流继电器KT2的线圈得电，直流继电器KT2的常开触点闭合，从而将直流电压信号转换为对应的直流供电制式信号输出至CCU01和TCU02。
优选的，直流供电幅值直流-直流变换电路152为第二直流-直流变换器。
需要说明的是，虽然交流供电幅值直流-直流变换电路144和直流供电幅值直流-直流变换电路152均为直流-直流变换器，但是两个直流-直流变换器不同。
当机车车顶供电网线提供直流电压(DC3kV/DC1.5kV/DC0.75kV)时，交直流网压检测装置的工作原理为：
直流电压经限流电阻RL分压获得低压直流电压(即将直流电压信号转换为低压直流信号)，低压直流电压经过第二电阻R2、滤波电感L、发光二极管D1和机车车体形成回路，发光二极管D1通过驱动电路1511驱动直流继电器KT2的线圈得电，直流继电器KT2的常开触点闭合，从而直流电压信号转换成对应的直流供电制式信号输出至CCU01和TCU02，与此同时，直流供电幅值直流-直流变换电路152将直流电压信号转换成对应的直流幅值信号(0～20mA)输出至CCU01，从而CCU01通过监测0～20mA对直流电压的幅值进行相应处理。
其中，当机车车顶供电网线提供交流电压时，交流电压经过第二电阻R2、滤波电感L、第二电容C2和机车车体形成回路，发光二极管D1因被第二电容C2短接不会有电流通过。
需要说明的是，在实际应用中，为避免因CCU01和TCU02出现故障而导致无法对双流制或多流制电力机车进行供电网压配置，在与交直流网压检测装置连接的CCU01和TCU02均有对应的备用装置，图2和图3中已示出。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种交直流网压检测装置，其特征在于，包括：高压互感器、限流电阻、隔直通交电路、隔交通直电路、交流采样电路和直流采样电路；
所述高压互感器的原边的一端连接机车车顶供电网线，所述原边的另一端通过所述限流电阻连接接地端；
所述高压互感器和所述限流电阻的公共端分别连接所述隔直通交电路的输入端和所述隔交通直电路的输入端；
所述隔直通交电路的输出端连接所述交流采样电路的输入端，所述交流采样电路的输出端分别连接中央控制单元CCU和牵引控制单元TCU；
所述隔交通直电路的输出端连接所述直流采样电路的输入端，所述直流采样电路的输出端分别连接所述CCU和所述TCU；
其中，所述交流采样电路包括：隔离变压器、整流电路、交流供电模式判断电路和交流供电幅值直流-直流变换电路；
所述隔离变压器的原边与所述隔直通交电路的输出端连接，所述隔离变压器的副边与所述整流电路的输入端连接，所述整流电路的输出端分别与所述交流供电模式判断电路的输入端和所述交流供电幅值直流-直流变换电路的输入端连接，所述交流供电模式判断电路的输出端分别与所述CCU和所述TCU连接，所述交流供电幅值直流-直流变换电路的输出端与所述CCU连接，其中，所述隔离变压器的原边和副边均连接接地端；
所述隔离变压器的原边获取所述隔直通交电路输出的交流电压信号，所述隔离变压器的副边感应的交流电压信号经所述整流电路整流后被输出至所述交流供电模式判断电路，所述交流供电模式判断电路将整流后得到的直流电压信号转换成对应的交流供电制式信号输出至所述CCU和所述TCU，同时，所述交流供电幅值直流-直流变换电路将所述整流后得到的直流电压信号转换成对应的交流幅值信号输出至所述CCU。
2.根据权利要求1所述的交直流网压检测装置，其特征在于，所述隔直通交电路包括：第一电容和第一电阻；
所述第一电容的正极板作为所述隔直通交电路的输入端连接所述公共端，所述第一电容的负极板连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端作为所述隔直通交电路的输出端连接所述交流采样电路的输入端。
3.根据权利要求1所述的交直流网压检测装置，其特征在于，所述隔交通直电路包括：第二电阻、滤波电感和第二电容；
所述第二电阻的一端作为所述隔交通直电路的输入端连接所述公共端，所述第二电阻的另一端连接所述滤波电感的一端，所述滤波电感的另一端通过所述第二电容连接接地端，所述滤波电感和所述第二电容的公共端作为所述隔交通直电路的输出端连接所述直流采样电路的输入端。
4.根据权利要求1所述的交直流网压检测装置，其特征在于，所述交流供电模式判断电路包括：驱动电路和交流继电器；
所述驱动电路的输入端与所述整流电路的输出端连接，所述驱动电路的输出端与所述交流继电器的线圈连接，所述交流继电器的常开触点分别与所述CCU和所述TCU连接；
所述整流电路输出的所述整流后得到的直流电压信号，通过所述驱动电路驱动所述交流继电器的线圈得电，所述常开触点闭合，从而将所述整流后得到的直流电压信号转换成对应的所述交流供电制式信号输出至所述CCU和所述TCU。
5.根据权利要求1所述的交直流网压检测装置，其特征在于，所述交流供电幅值直流-直流变换电路为第一直流-直流变换器。
6.根据权利要求1所述的交直流网压检测装置，其特征在于，所述直流采样电路包括：直流供电模式判断电路和直流供电幅值直流-直流变换电路；
所述直流供电模式判断电路的输入端与所述隔交通直电路的输出端连接，所述直流供电模式判断电路的输出端分别与所述CCU和所述TCU连接；
所述直流供电幅值直流-直流变换电路的输入端与所述隔交通直电路的输出端连接，所述直流供电幅值直流-直流变换电路的输出端与所述CCU连接；
所述直流供电模式判断电路获取所述隔交通直电路输出的直流电压信号，并将所述直流电压信号转换为对应的直流供电制式信号输出至所述CCU和所述TCU，同时所述直流供电幅值直流-直流变换电路获取所述直流电压信号，并将所述直流电压信号转换成对应的直流幅值信号输出至所述CCU。
7.根据权利要求6所述的交直流网压检测装置，其特征在于，所述直流供电模式判断电路包括：发光二极管、驱动电路和直流继电器；
所述发光二极管的阳极连接所述隔交通直电路的输出端，阴极连接接地端；所述发光二极管通过所述驱动电路与所述直流继电器的线圈连接，所述直流继电器的常开触点分别与所述CCU和所述TCU连接；
所述发光二极管接收所述隔交通直电路输出的所述直流电压信号，并根据所述直流电压信号通过所述驱动电路驱动所述直流继电器的线圈得电，所述常开触点闭合，从而将所述直流电压信号转换为对应的直流供电制式信号输出至所述CCU和所述TCU。
8.根据权利要求6所述的交直流网压检测装置，其特征在于，所述直流供电幅值直流-直流变换电路为第二直流-直流变换器。
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