CN110672965A

CN110672965A - 一种机车变流驱动器智能检测装置

Info

Publication number: CN110672965A
Application number: CN201911031956.7A
Authority: CN
Inventors: 何金洋; 张晋芳; 尹亮; 李君伟; 王卫东; 李银龙
Original assignee: CHENGDU RAILWAY ELECTROMECHANICAL FITTINGS FACTORY
Current assignee: CHENGDU RAILWAY ELECTROMECHANICAL FITTINGS FACTORY
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2020-01-10

Abstract

本发明涉及一种机车变流驱动器智能检测装置，包括控制器及与之连接的故障信息显示、程控DC电源及光电转换模块，光电转换模块连接负载切换板，检测项为：开关信号测试、保护功能测试及可靠性测试；开关信号测试包括电压性能测试、一致性测试、反馈信号测试、延迟测试；保护功能测试包括短路过流保护、欠压保护、过温保护、短脉冲抑制、互锁功能；可靠性测试；光电转换模块包括光信号转换及电信号转换，通过对驱动信号的电压跟踪、响应时间跟踪、波形信息跟踪来完成驱动器信号的开关信号测试；短路过流保护采用低压系统模拟IGBT实际高压短路状况，在IGBT的C\E之间施加Vref；本发明的优点是，实现了驱动器性能评估，保证了驱动器保护功能以及可靠性。

Description

一种机车变流驱动器智能检测装置

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，具体涉及一种机车变流驱动器智能检测装置。

背景技术

变流器作为机车的关键部件，其性能质量直接关系到机车的稳定运行。路局机车在对机车变流器的日常运营及维护过程中，必须对变流器发生的故障进行全面的故障分析，记录故障现象，找到排除方法，分析及制定预防措施，从而减少变流器的故障率。IGBT及驱动器作为变流器的核心器件，驱动器的性能直接关系到变流器的运行可靠。目前路局在日常维修过程中仅限于对驱动器做出故障与非故障现象做出判断，无法模拟故障现象从而无法安全有效对驱动器性能做出评估。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种机车变流驱动器智能检测装置，实现了驱动器性能评估，保证了驱动器保护功能以及可靠性，有利于路局变流器驱动器的维修维护的可靠性、效率化。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种机车变流驱动器智能检测装置，包括控制器及与之连接的故障信息显示、程控DC电源及光电转换模块，所述光电转换模块通过光电接口连接假性负载切换板，检测项目主要包括：开关信号测试、保护功能测试及可靠性测试；所述开关信号测试包括电压性能测试、一致性测试、反馈信号测试、延迟测试；所述保护功能测试包括短路过流保护、欠压保护、过温保护、短脉冲抑制、互锁功能；所述可靠性测试主要是连续脉冲测试；

所述光电转换模块包括光信号转换及电信号转换，通过对驱动信号的电压跟踪、响应时间跟踪、波形信息跟踪来完成驱动器信号的电压性能测试、一致性测试、反馈信号测试、延迟测试；

所述短路过流保护采用低压系统模拟IGBT实际高压短路状况，在IGBT的C\E之间施加Vref，为驱动器设置软关断；

可靠性测试：将驱动器连接IGBT负载，通过主控器发送额定频率的PWM信号，监测IGBT的门极波形，比对门极电压Vge是否正常以及脉冲信号是否有丢失现象。

进一步的，所述驱动电压主要测试Vgeon和Vgeoff；

所述一致性测试是测试Vge信号间的ΔT，针对变流器四象限模中的块并联模式驱动器，机车变流器应用的并联驱动器主要包括两种模块:单驱动器直接驱动及双驱动器并联驱动；

所述反馈信号测试是对反馈信号在正常工作及故障情况下的波形跟踪匹配，主要针对驱动器在正常工作、欠压故障、短路故障、过温故障的状态反馈检测；

所述延迟测试是测试Vgeon和Vgeoff的Ton和Toff的延迟时间，主要针对驱动器在带载条件下输入到输出的响应时间。

进一步的，欠压保护，主要检测电源电压Vpower低于Vpoweref时，驱动器是否停止输出，验证驱动器的欠压保护功能；

短脉冲抑制保护：为验证驱动器的抗干扰能力，当Tpulse小于驱动器设定值T时，驱动器不响应脉冲；

互锁功能：由主控器发送同向脉冲到驱动器，检测驱动器是否封锁脉冲；

过温保护：监测IGBT模块上的NTC电阻阻值变化，根据NTC电阻负温度系数的特性，在驱动器的采样口输入电压VNTC，当VNTC小于过温保护阈值VTH时，观测驱动器的输出及反馈波形判断过温保护功能。

进一步的，变流驱动器包括牵引驱动及辅助驱动，且驱动器的应用电路均为半桥模式。

进一步的，所述变流驱动器连接夹具，其接口包括驱动电源、光/电信号接口、IGBT接口、短路故障检测点、过温保护检测点。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明变流驱动器智能检测装置实现了开关信号测试：电压性能测试、一致性测试、反馈信号测试、延迟测试；保护功能测试：短路过流保护、欠压保护、过温保护、短脉冲抑制、互锁功能；可靠性测试：连续脉冲测试。实现了变流器的驱动器全状态运行模拟，实现了驱动器性能评估，保证了驱动器保护功能以及可靠性，有利于路局变流器驱动器的维修维护的可靠性、效率化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例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，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的方案电路原理图；

图2为电压性能测试图；

图3为延迟测试图；

图4为反馈信号测试图；

图5为阻容分压图；

图6为二极管Vcesat电压检测图；

图7为软关断与正常关断波形对比图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例只作为对本发明的说明，不作为对本发明的限定。

如图1所示的一种机车变流驱动器智能检测装置，包括控制器及与之连接的故障信息显示、程控DC电源及光电转换模块，所述光电转换模块通过光电接口连接假性负载切换板。

机车变流器中驱动器的主要功能主要包括：

开关信号测试：电压性能测试、一致性测试、反馈信号测试、延迟测试；

保护功能测试：短路过流保护、欠压保护、过温保护、短脉冲抑制、互锁功能；

可靠性测试：连续脉冲测试。

一、变流驱动器的信号主要包括驱动脉冲信号，状态反馈信号。目前机车应用驱动器的信号处理方式主要包括电信号转换和光信号转换，本方案集成了光电转换及电信号转换两种方案，通过对驱动信号的电压跟踪、响应时间跟踪、波形信息跟踪来完成驱动器信号的电压性能测试、一致性测试、反馈信号测试、延迟测试。

1)驱动电压主要测试V_geon和Vg_eoff,该参数影响变流器中IGBT实际工作过程中的损耗，Vge在11V与15V条件下的通态电阻相差接近0.2V，在1200A及额定频率满载运行的条件下功耗相差6％。因此该项检测直接决定了变流器运行的可靠性。如图2所示。

2)一致性测试是测试Vge信号间的ΔT，主要目前针对变流器四象限模中的块并联模式驱动器，机车变流器应用的并联驱动器主要包括两种模块:第一种为单驱动器直接驱动，第二种为双驱动器并联驱动。由于IGBT的开关速度都是μs级，在并联应用中如果并联IGBT模块开关速度不匹配很容易导致并联IGBT中的一个在长时间运行后因过流而失效。因此在并联应用中信号的一致性为驱动器的主要考核指标。针对这两种并联驱动模式，本方案通过输入输出信号的测试确保驱动器输出的信号ΔT<200ns满足并联应用。

3)延迟测试是测试V_geon和Vg_eoff的Ton和Toff的延迟时间，主要针对驱动器输入到输出(带载条件下)的响应时间，该项测试主要是为确保变流器模块主控器到IGBT实际开关工作的精确响应。如图3所示。

4)反馈信号测试是根据驱动器技术设定，对反馈信号在正常工作及故障情况下的波形跟踪匹配。主要针对驱动器在正常工作、欠压故障、短路故障、过温故障的状态反馈功能检测，确保变流器主控对模块的状态监测，及时做出对功率器件的保护响应。如图4所示。

二、保护功能测试：

短路过流保护，现有的机车变流器中驱动器的短路保护模式主要有Vce阻容分压监测和二极管Vcesat电压监测，本质都是通过在IGBT开通过程中饱和电压Vcesat的监测，当饱和电压超过一定的阈值时则判断IGBT短路故障。本方案利用低压系统模拟IGBT实际高压短路状况，在IGBT的C\E之间施加Vref，当Vref>Vsc时驱动器保护电路动作。软关断为驱动器为防止IGBT在大电流关断过快而失效，而设定的缓慢关断保护机制。本装置主要检测短路保护响应时间T、短路软关断保护波形，Tscoff>Toff时判断驱动器软关断动作。如图5-7所示。

欠压保护，主要检测电源电压Vpower低于Vpoweref时，驱动器是否停止输出，验证驱动器的欠压保护功能。

短脉冲抑制保护，本方案针对机车低频高功率的特性，为验证驱动器的抗干扰能力，当Tpulse小于T(驱动器设定值)时，驱动器不响应脉冲。

互锁功能，在机车变流器的半桥模块，为防止出现上下直通信号而造成变流器短路故障，因此需验证驱动器的上下桥臂信号互锁功能，本方案由主控器发送同向脉冲到驱动器，检测驱动器是否封锁脉冲。

过温保护，在机车辅助模块上所用的驱动器集成了过温保护功能，主要实现方式为监测IGBT模块上的NTC电阻阻值变化，根据NTC电阻负温度系数的特性，在驱动器的采样口输入电压VNTC，当VNTC小于过温保护阈值VTH时，观测驱动器的输出及反馈波形判断过温保护功能。

三、可靠性测试

机车变流器在日常维护中为验证驱动器的长时间运行后的可靠性，本方案将驱动器连接IGBT负载，通过主控器发送额定频率的PWM信号，监测IGBT的门极波形，比对门极电压Vge是否正常以及脉冲信号是否有丢失现象。

方案具体实施过程:

由于机车中变流器驱动器主要分为牵引驱动和辅助驱动，驱动器的应用电路都为半桥模式，因此本装置测试夹具为半桥结构可满足并联应用。

首先根据不同类型的驱动器确定完整的连接方案，将驱动器与测试夹具连接好，接口包括驱动电源、光/电信号接口、IGBT接口、短路故障检测点、过温保护检测点。

装置通过主控板发送双脉冲驱动信号，通过对驱动器输出信号及反馈信号检测，主控器处理后判断开关信号的电压、一致性、反馈、延迟性能的测试对比，依据不容型号的驱动设定失效阈值；

保护功能验证过程通过主控板控制程控电源对驱动器的电源电压阶梯下降，同时监控驱动器输出及反馈信号，判断驱动的欠压保护功能是否正常。由于本发明转载时通过低压系统来模拟驱动器实际在变流器中的运行状况，因此在短路及过温保护功能测试中，需在驱动器的检测电路中找到低压信号口，通过装置夹具直接输入模拟故障信号，比对反馈及输出波形从而达到短路及过温保护功能的验证。短脉冲抑制验证则直接依据驱动器性能要求有主控器发送Tpulse小于T(驱动器设定值)，监测驱动器是否响应脉冲，判断短脉冲抑制是否工作正常。互锁功能测试时由主控发送两路脉冲宽度为100μs的信号，测试半桥驱动器是否由输出脉冲判断互锁功能是否有效。最后完成10分钟PWM波的可靠性试验，主控器主要监测脉冲数量及电压状态判断驱动的可靠性。

本发明中未做详细描述的内容均为现有技术。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种机车变流驱动器智能检测装置，其特征在于，包括控制器及与之连接的故障信息显示、程控DC电源及光电转换模块，所述光电转换模块通过光电接口连接假性负载切换板，检测项目主要包括：开关信号测试、保护功能测试及可靠性测试；所述开关信号测试包括电压性能测试、一致性测试、反馈信号测试、延迟测试；所述保护功能测试包括短路过流保护、欠压保护、过温保护、短脉冲抑制、互锁功能；所述可靠性测试主要是连续脉冲测试；

所述短路过流保护采用低压系统模拟IGBT实际高压短路状况，在IGBT的C\E之间施加Vref，且为驱动器设置软关断；

2.根据权利要求1所述的一种机车变流驱动器智能检测装置，其特征在于，所述驱动电压主要测试V_geon和Vg_eoff；

所述延迟测试是测试V_geon和Vg_eoff的Ton和Toff的延迟时间，主要针对驱动器在带载条件下输入到输出的响应时间。

3.根据权利要求1所述的一种机车变流驱动器智能检测装置，其特征在于，欠压保护，主要检测电源电压Vpower低于Vpoweref时，驱动器是否停止输出，验证驱动器的欠压保护功能；

4.根据权利要求1所述的一种机车变流驱动器智能检测装置，其特征在于，变流驱动器包括牵引驱动及辅助驱动，且驱动器的应用电路均为半桥模式。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种机车变流驱动器智能检测装置，其特征在于，所述变流驱动器连接夹具，其接口包括驱动电源、光/电信号接口、IGBT接口、短路故障检测点、过温保护检测点。