CN105978311B - 机车库用电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机车库用电源，旨在提供一种可靠性高的机车库用电源，解决了系统稳定性不高的问题，其技术方案要点是通过三相母线、过压保护器、滤波器、AC/DC模块、蓄电池、DC/DC模块、充电电流检测传感器、输出电流检测传感器、监控单元的电路架构达到了提高可靠性和稳定性的效果。

Description

机车库用电源
技术领域
本发明涉及机车电源装置，特别涉及机车库用电源。
背景技术
库用电源是用于和谐大功率机车在无接触网调试库内进行静态调试、库内动车。
现有的机车库用电源由于对于安全性能来说不够完善，机车库用电源与其他各型电源柜相比，电力机车变压器上各次谐波含量比较大，所以流过阻容保护板上的谐波电流也比较大，导致过压吸收电阻的发热量大，易过热烧损。更容易导致过压吸收电容炸裂或漏液故障，起不到吸收过电压的作用，在分断主断路器时产生的过电压送到晶闸管上，导致晶闸管更容易击穿。并且在调试过程中由于电网的不稳定，或是电网维护停电时，就无法进行电源输出，无法进行对机车的供电，因此对于此机车库用电源需要进行改进。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供安全可靠的机车库用电源。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种机车库用电源，包括三相母线，用以连接三相电网；
过压保护器，串联于三相母线上并进行过压切断保护；
滤波器，并联于三相母线上用以三相电源滤波；
AC/DC模块，连接三相母线进行交直流变化后将电信号输送至监控单元；
蓄电池，连接AC/DC模块用以存储电能；
第一DC/DC模块，连接AC/DC模块的输出端进行电压大小变换后进行直流输出；
充电电流检测传感器，连接于AC/DC模块与蓄电池之间并将充电电流信号并反馈至监控单元；
输出电流检测传感器，连接AC/DC模块的输出端用以检测输出电流信号并反馈至监控单元；
监控单元，用以采集AC/DC模块、第一DC/DC模块、蓄电池的电压信号，并进行数据优化处理以控制蓄电池充电方式的切换。
通过上述设置，过压保护器提高了系统对于输入电源中电压的安全性，对于输入电压超过400V的情况下视为电压过高，由此可以切断后级的电路，另外由过压保护器输出的电源通过滤波器进行调整，进而可以滤除高次谐波，提高电源品质，通过AC/DC模块，可以将交流电源转换成直流电源，直流输电更加便捷，可以用以直流电的输送；另外可以如果需要不同等级电压的直流电可以采用第一DC/DC模块进行电压的转换，并且对于多余的电源可以采用蓄电池进行充电保存，在电网电力故障的时候，蓄电池能够充当电源进行有效的电力输出；为了提高整个系统的运行稳定性，充电电流检测传感器、输出电流检测传感器可以对整个电路的电流大小进行一个有效的监控，并且将数据传递到监控单元，实现有效的保护。
作为本发明的具体方案可以优选为：所述AC/DC模块包括尖峰浪涌干扰模块，连接三相母线用以吸收浪涌干扰信号；
软启动及整流滤波模块，接收尖峰浪涌干扰模块输出的交流电压经过滤波整流处理后输出直流电压；
第二DC/DC模块，接收软启动及整流滤波模块输出的直流电压经过电压变换后输出直流电压；
整流滤波模块，接收第二DC/DC模块输出的直流电压再次进行整流滤波后输出供调试用的电压；
电压检测模块，设置于输入侧连接软启动及整流滤波模块并通过输入欠电压保护电路将电信号反馈至控制器；
电压电流检测，设置于输出侧连接整流滤波模块并通过输出过电压保护电路将电信号反馈至控制器；
过热保护电路，检测过热情况并将电信号反馈至控制器；
控制器，采集软启动及整流滤波模块、整流滤波模块的电压信号以及异常信号，并对第二DC/DC模块进行调节控制。
通过上述设置，此AC/DC模块的系统架构可以提高电源系统的稳定性，动态响应快，输出精度高，能够有效实现内部的保护，对于交流输入过/欠电压保护是可以自行恢复的，并且可以做到限流过流的保护，从而提高整体的一个可靠性。
作为本发明的具体方案可以优选为：所述三相母线上还连接交流输出单元，所述交流输出单元的变压器的二次侧连接有用以降低电机磁场的输出电路，所述输出电路包括电容C1、电感L1、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、晶闸管T5、晶闸管T6、晶闸管T11、晶闸管T12、电阻R1、电感L2；所述电感L1的一端用以连接电机的一端，电感L1的另一端连接电容C1一端，电容C1的另一端连接二极管D3的阴极，二极管D3的阳极连接二极管D4的阴极，二极管D4的阳极连接二极管D5的阴极，二极管D5的阳极连接二极管D6的阳极，二极管D6的阴极连接晶闸管T6的阳极，晶闸管T6的阴极连接晶闸管T5阳极，晶闸管T5的阴极连接二极管D3的阴极与电容C1的另一端，二极管D4的阳极与二极管D5的阴极连接晶闸管T11的阴极，晶闸管T11的阳极连接电机的另一端，晶闸管T6的阳极与二极管D6的阴极连接晶闸管T12的阴极，晶闸管T12的阳极连接电机的另一端，电阻R1的一端连接晶闸管T11与晶闸管T12的连结点，电阻R1的另一端连接二极管D6的阳极，电感L2并联于电阻R1上；变压器的二次侧的另一端连接晶闸管T5的阳极，变压器的二次侧的另一端连接三极管D3的阳极。
通过上述设置，机车的电机在运行的过程中可以有效降低磁场干扰，并且提高整体的可靠性。
作为本发明的具体方案可以优选为：所述第一DC/DC模块设有多个，且监控单元用以控制多个第一DC/DC模块进行选择性输出以控制充电的大小和快慢。
通过上述设置，通过多个第一DC/DC模块叠加的方式进行输出，可以输出多种不同电压等级的电压，便于调试和使用。
一种基于机车库用电源的快速充电方法，采集蓄电池电压，当蓄电池电压低于100.8V时采用35A恒流充电；当蓄电池电压高于100.8V时采用108V恒压充电。
通过上述设置，可以使得蓄电池充电更加稳定和快速，提高系统的可靠性。
一种基于机车库用电源的快速充电方法，所述机车库用电源工作环境的温度为24-55摄氏度。
通过上述设置，当温度超过85摄氏度为非正常温度，并且，将此系统的工作环境温度设置为24-55摄氏度可以更加高效的提高器件的工作性能。
作为本发明的具体方案可以优选为：采集蓄电池电压通过电压互感器实时采集，并将采集的电压模拟信号通过采样电路进行模数转换处理成数字信号，并将数据信号与采样时刻一同存储到内存中，通过输入自定义的时间段来进行数字信号的进行均值处理，将最后平均化后的电池电压作为用做比较用的蓄电池电压。
通过上述设置，蓄电池电压的采集和判断更加准确，进而可以有效提高其系统的可靠性。
附图说明
图1为本实施例的系统框图；
图2为蓄电池充电的恒流控制原理图；
图3为AC/DC模块的系统框图；
图4为输出电路的电路结构图；
图5为图4的实验波形图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种机车库用电源，包括三相母线，用以连接三相电网；过压保护器，串联于三相母线上并进行过压切断保护；滤波器，并联于三相母线上用以三相电源滤波；AC/DC模块，连接三相母线进行交直流变化后将电信号输送至监控单元；蓄电池，连接AC/DC模块用以存储电能；第一DC/DC模块，连接AC/DC模块的输出端进行电压大小变换后进行直流输出；充电电流检测传感器，连接于AC/DC模块与蓄电池之间并将充电电流信号并反馈至监控单元； 输出电流检测传感器，连接AC/DC模块的输出端用以检测输出电流信号并反馈至监控单元；监控单元，用以采集AC/DC模块、第一DC/DC模块、蓄电池的电压信号，并进行数据优化处理以控制蓄电池充电方式的切换。
三相母线为进线端，取自电网交流电源380V或是可以选取220V的三相电网电源也是可以的， AC/DC模块采用了并联输出的模式，克服以往对蓄电池充电过程中冗余性的缺点。在本实施例中AC/DC模块设置了4个，第一DC/DC模块设有多个，且监控单元用以控制多个第一DC/DC模块进行选择性输出以控制充电的大小和快慢。其中3个是可以通过叠加的方式进线为蓄电池充电，可以控制选择需要的AC/DC模块个数，从而可以提高充电效率。
如图2所示，此为均流充电的控制原理，通过电压传感器可以将蓄电池的电压反馈至电压放大器中，通过功率级电路将器输送至单相缓冲器中，同时之间设置了电流采样，并将此电流采样信号与单相缓冲器输出的均流控制信号进行差分放大，采用差分放大器进行处理后进行与基准值Vref进行叠加后重新反馈至电压放大器中，由此可以实现均流控制信号的输出，从而可以实现恒流控制。
如图3所示，AC/DC模块包括尖峰浪涌干扰模块，连接三相母线用以吸收浪涌干扰信号；软启动及整流滤波模块，接收尖峰浪涌干扰模块输出的交流电压经过滤波整流处理后输出直流电压；第二DC/DC模块，接收软启动及整流滤波模块输出的直流电压经过电压变换后输出直流电压；整流滤波模块，接收第二DC/DC模块输出的直流电压再次进行整流滤波后输出供调试用的电压；电压检测模块，设置于输入侧连接软启动及整流滤波模块并通过输入欠电压保护电路将电信号反馈至控制器；电压电流检测，设置于输出侧连接整流滤波模块并通过输出过电压保护电路将电信号反馈至控制器；过热保护电路，检测过热情况并将电信号反馈至控制器；控制器，采集软启动及整流滤波模块、整流滤波模块的电压信号以及异常信号，并对第二DC/DC模块进行调节控制。
如图4所示，所述三相母线上还连接交流输出单元，所述交流输出单元的变压器的二次侧连接有用以降低电机磁场的输出电路，所述输出电路包括电容C1、电感L1、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、晶闸管T5、晶闸管T6、晶闸管T11、晶闸管T12、电阻R1、电感L2；所述电感L1的一端用以连接电机的一端，电感L1的另一端连接电容C1一端，电容C1的另一端连接二极管D3的阴极，二极管D3的阳极连接二极管D4的阴极，二极管D4的阳极连接二极管D5的阴极，二极管D5的阳极连接二极管D6的阳极，二极管D6的阴极连接晶闸管T6的阳极，晶闸管T6的阴极连接晶闸管T5阳极，晶闸管T5的阴极连接二极管D3的阴极与电容C1的另一端，二极管D4的阳极与二极管D5的阴极连接晶闸管T11的阴极，晶闸管T11的阳极连接电机的另一端，晶闸管T6的阳极与二极管D6的阴极连接晶闸管T12的阴极，晶闸管T12的阳极连接电机的另一端，电阻R1的一端连接晶闸管T11与晶闸管T12的连结点，电阻R1的另一端连接二极管D6的阳极，电感L2并联于电阻R1上；变压器的二次侧的另一端连接晶闸管T5的阳极，变压器的二次侧的另一端连接三极管D3的阳极。
当电机电压达到最高值后，要求机车继续加速时，就要进行磁场削弱，实现从满磁场到最深削弱磁场的连续平滑控制，采用上述电路结构实现，以改善机车的电机驱动功能。
现以牵引电动机M为例来说明磁场削弱的工作原理。如图5所示，（1）、（2）波形图为满磁场的工作情况。这时与分路晶闸管联接的整流桥处于满开放输出状态，晶闸管Tll、晶闸管T12不参与工作，正半波元件晶闸管T5、二极管D5、二极管D4导通，负半波二极管D3、二极管D6、晶闸管T6导通，与前述的情况相同。
图5的（3）、（4）为二极管D5、二极管D6工作的时候。
图5的（31）、（41）为磁场削弱晶闸管Tll、晶闸管T12参与工作的情况。
当电源正半周时，相当于（31）的工况。在晶闸管T11未触发时，元件晶闸管T5、二极管D5、二极管D4处于导通状态；在某一时刻触发晶闸管Tll，因晶闸管T11加有正向压降，其值等于励磁绕组上的压降，二极管D5受反向电压作用而迅速截止，电枢电流经晶闸管Tll、二极管D4构成回路，此时流过励磁绕组的电流被分流，励磁电流仅靠励磁绕组电感储存的电能释放来维持，由固定分路绕组R1构成续流电路，电流将按指数曲线下降，原来励磁绕组中的电流减少。
电压过零时，即电源为负半波的工作情况如图5的（41）所示。由于元件晶闸管T6、二极管D6的导通使元件二极管D5、二极管D4因反向电压而截止，而流经元件晶闸管Tll的电流无通路而截止，在晶闸管T12触发后将励磁绕组再次分流。因此，元件晶闸管Tll、晶闸管T12导电时间的长短，决定了分路时间的长短。调节晶闸管Tll、晶闸管T12移相触发角，就能达到所需的磁场削弱系数。
基于机车库用电源的快速充电方法，采集蓄电池电压，当蓄电池电压低于100.8V时采用35A恒流充电；当蓄电池电压高于100.8V时采用108V恒压充电。机车库用电源工作环境的温度为24-55摄氏度。采集蓄电池电压通过电压互感器实时采集，并将采集的电压模拟信号通过采样电路进行模数转换处理成数字信号，并将数据信号与采样时刻一同存储到内存中，通过输入自定义的时间段来进行数字信号的进行均值处理，将最后平均化后的电压作为用做比较用的蓄电池电压。
蓄电池采用48节DM-170型阀控式免维护铅酸蓄电池。每节蓄电池标称电压为2V，标称容量为170Ah，48节蓄电池为96V，所以设置100.8V作为一个两种模式切换的电压点。在快速充电状态下，采用35A电流，随着充电过程的持续，充电电压升高，做大的输出电压将稳定在115.2V，继续充电，直到充电电流小于3.5A时转换为浮充电状态，输出电压为108V。当蓄电池电压高于100.8V时，浮充状态下，输出电流限制在150A，此时温度会由此升高，因此可以将环境温度控制在24-55摄氏度，可以有效降温，通过空气流动带走器件温度，提高可靠性。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (2)

1.一种机车库用电源，其特征在于：包括三相母线，用以连接三相电网；
过压保护器，串联于三相母线上并进行过压切断保护；
滤波器，并联于三相母线上用以三相电源滤波；
AC/DC模块，连接三相母线进行交直流变化后将电信号输送至监控单元；
蓄电池，连接AC/DC模块用以存储电能；
第一DC/DC模块，连接AC/DC模块的输出端进行电压大小变换后进行直流输出；
充电电流检测传感器，连接于AC/DC模块与蓄电池之间并将充电电流信号反馈至监控单元；
输出电流检测传感器，连接AC/DC模块的输出端用以检测输出电流信号并反馈至监控单元；
监控单元，用以采集AC/DC模块、第一DC/DC模块、蓄电池的电压信号，并进行数据优化处理以控制蓄电池充电方式的切换；
其中，所述AC/DC模块包括：
尖峰浪涌干扰模块，连接三相母线用以吸收浪涌干扰信号；
软启动及整流滤波模块，接收尖峰浪涌干扰模块输出的交流电压经过滤波整流处理后输出直流电压；
第二DC/DC模块，接收软启动及整流滤波模块输出的直流电压经过电压变换后输出直流电压；
整流滤波模块，接收第二DC/DC模块输出的直流电压再次进行整流滤波后输出供调试用的电压；
电压检测模块，设置于输入侧连接软启动及整流滤波模块并通过输入欠电压保护电路将电信号反馈至控制器；
电压电流检测，设置于输出侧连接整流滤波模块并通过输出过电压保护电路将电信号反馈至控制器；
过热保护电路，检测过热情况并将电信号反馈至控制器；
控制器，采集软启动及整流滤波模块、整流滤波模块的电压信号以及异常信号，并对第二DC/DC模块进行调节控制；
所述三相母线上还连接交流输出单元，所述交流输出单元的变压器的二次侧连接有用以降低电机磁场的输出电路，所述输出电路包括电容C1、电感L1、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、晶闸管T5、晶闸管T6、晶闸管T11、晶闸管T12、电阻R1、电感L2；所述电感L1的一端用以连接电机的一端，电感L1的另一端连接电容C1一端，电容C1的另一端连接二极管D3的阴极，二极管D3的阳极连接二极管D4的阴极，二极管D4的阳极连接二极管D5的阴极，二极管D5的阳极连接二极管D6的阳极，二极管D6的阴极连接晶闸管T6的阳极，晶闸管T6的阴极连接晶闸管T5阳极，晶闸管T5的阴极连接二极管D3的阴极与电容C1的另一端，二极管D4的阳极与二极管D5的阴极连接晶闸管T11的阴极，晶闸管T11的阳极连接电机的另一端，晶闸管T6的阳极与二极管D6的阴极连接晶闸管T12的阴极，晶闸管T12的阳极连接电机的另一端，电阻R1的一端连接晶闸管T11与晶闸管T12的连结点，电阻R1的另一端连接二极管D6的阳极，电感L2并联于电阻R1上；变压器的二次侧的另一端连接晶闸管T5的阳极，变压器的二次侧的另一端连接三极管D3的阳极。
2.根据权利要求1所述的机车库用电源，其特征在于：所述第一DC/DC模块设有多个，且监控单元用以控制多个第一DC/DC模块进行选择性输出以控制充电的大小和快慢。
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