CN113206608A - 信号机械室电源安全专用处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了信号机械室电源安全专用处理装置，包括至少两路输入电路、PWM电路、SPWM逆变电路、变压输出电路与检测控制单元；输入电路包括依次相连的防雷保护电路、削波削峰抗干扰电路、输入端变压器与整流滤波电路；检测控制单元包括电压电流检测电路与控制器。本发明解决了信号电源供电电源电压波动大的问题；解决了输入电源挂网负载较多时引起的谐波过大、挂网负载频繁启停突发的高频尖峰问题；避免三相输入电源断相或者错相引起信号电源屏故障；能实现不间断供电功能；信号电源的两路供电电源制式多样化，允许单相、三相供电电源单独或者混合输入。

Description

信号机械室电源安全专用处理装置
技术领域
本发明属于电源技术领域，涉及信号机械室电源安全专用处理装置。
背景技术
近年随着铁路提速、行车密度加大、三相用电设备的增加、区间供电线路多次谐波日趋严重、各类干扰导致供电质量下降，由于输入两路电源的相位差、电压差、波动大、谐波严重、切换时间过长等问题已严重危及行车安全。
现行电气化铁路车站对信号设备的供电均采取两路电源供电方式，一路取自10kV贯通线，部分车站另一路取自10kV贯通线或(农电、发电机、接触网等)，当主供电源作业停电、瞬间停电和失压时，备供电源自动投入供电；当备供电源作业停电、瞬间停电和失压时，主供电源自动投入供电。
除高速铁路外，目前较多车站由于多种原因导致供电电源品质较差，波形存在高尖峰、大波动、畸变严重等问题，目前应用的电源设备存在以下缺陷：
(1)供电电压幅值变化大，电压波动大；
(2)输入电源挂网负载较多时引起的谐波过大、挂网负载频繁启停突发的高频尖峰；
(3)由于两路输入电源相位差和电压差过大，引起信号电源在切换时切换接触器拉弧而造成输入断路器脱扣，导致的信号电源屏停机，且现有信号电源只允许两路供电电源均同为单相或者同为三相；
(4)三相输入电源断相或者错相容易引起信号电源屏故障；
(5)主备切换时间不能保证信号设备正常使用，常关闭已开放的信号；切换时两电源的相差不相同。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供信号机械室电源安全专用处理装置，包括至少两路输入电路、PWM电路、SPWM逆变电路、变压输出电路与检测控制单元；输入电路包括依次相连的防雷保护电路、削波削峰抗干扰电路、输入端变压器与整流滤波电路；检测控制单元包括电压电流检测电路与控制器；电压电流检测电路的输入端连接防雷保护电路的输入端、防雷保护电路的输出端、PWM电路输出端、变压输出电路输出端；电压电流检测电路的输出端与控制器输入端相连；整流滤波电路、PWM电路、SPWM逆变电路、变压输出电路依次相连；控制器与PWM电路、SPWM逆变电路的控制输入端相连。
本发明的有益效果在于：本发明解决了信号电源供电电源电压波动大的问题；解决了输入电源挂网负载较多时引起的谐波过大、挂网负载频繁启停突发的高频尖峰问题；避免三相输入电源断相或者错相引起信号电源屏故障；具备UPS特点，能实现输入短时断电，通过电池逆变供电，形成不间断供电功能；实现信号电源的两路供电电源制式多样化，允许单相、三相供电电源单独或者混合输入。
附图说明
图1是本发明的原理框图；
图2是输入电路的电路图；
图3是PWM电路的电路图；
图4是SPWM逆变电路的电路图；
图5是电压电流检测电路的电路图；
图6是变压输出电路的电路图；
图7是控制器的引脚示意图。
图中：Ai、Bi、Ci-三相输入端；N-中线；PE-地线；L-电感单元；X-电抗单元；T1-输入端变压器；LP1-第一电感；LP2-第二电感；C0-第一极性电容；C1-第一电容；C2-第二电容；D1-第一二极管；D2-第二二极管；D3-第三二极管；D4-第四二极管；QP1-IGBT；RP1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-第三电阻；R4-第四电阻；R5-第五电阻；R6-第六电阻；R7-第七电阻；R8-第八电阻；R9-第九电阻；RG-可调电阻器；C3-第三电容；C4-第四电容；U1-第一运算放大器；U2-第二运算放大器；T2-降压变压器；TS1-三相变压器；TAP、TAS-电压电流检测电路输入端；LS1-输出电路电感；CS3、CS4、CS5-并联电容；CS6、CS7、CS8、CS9-接地电容。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如附图1所示，本发明信号机械室电源安全专用处理装置，包括至少两路输入电路、PWM电路、SPWM逆变电路、变压输出电路与检测控制单元；输入电路包括依次相连的防雷保护电路、削波削峰抗干扰电路、输入端变压器与整流滤波电路；检测控制单元包括电压电流检测电路与控制器；电压电流检测电路的输入端连接防雷保护电路的输入端、防雷保护电路的输出端、PWM电路输出端、变压输出电路输出端；电压电流检测电路的输出端与控制器输入端相连；整流滤波电路、PWM电路、SPWM逆变电路、变压输出电路依次相连；控制器与PWM电路、SPWM逆变电路的控制输入端相连。
具体的，所述削波削峰抗干扰电路包括电感单元、电容单元、电抗单元与RC并联电路；电感单元与电抗单元串联入三相线中；电容单元并联连接于三相线之间；RC并联电路连接于三相线与中线之间。
具体的，所述整流滤波电路包括三相全波整流电路与RC滤波电路；输入端变压器输出端、三相全波整流电路、RC滤波电路依次相连。
具体的，所述PWM电路包括第一电感、第一电容、IGBT、第一二极管、第二二极管、第二电感、第二电容、第一电阻、第一极性电容与第三二极管；整流滤波电路第一输出端通过第一电感接IGBT集电极、第一电容第一端、第一二极管阳极；IGBT发射极接第二二极管阴极、第二电感第一端；第二电感第二端接第一二极管阴极、第一极性电容正极、第二电容第一端、第一电阻第一端、第三二极管阳极、电压电流检测电路输入端；第三二极管阴极接PWM电路第一输出端；第一电容第二端、第一极性电容负极、第二二极管阳极、第一电阻第二端接整流滤波电路第二输出端、PWM电路第二输出端；IGBT栅极接控制器输出端。
具体的，所述SPWM逆变电路为三相全桥逆变电路。
具体的，所述变压输出电路包括三相变压器、输出电路电感；三相变压器、输出电路电感之间的相间并联有电容，输出电路电感输出端的相节点均连接有接地电容；输出电路电感输出端的相节点与电压电流检测电路相连。
具体的，如附图5所示，所述电压电流检测电路包括第二电阻、降压变压器、第三电阻、第三电容、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一运算放大器、第八电阻、第二运算放大器、可调变阻器、第九电阻、第四电容、第四二极管与直流电源；电压电流检测电路第一输入端通过第二电阻接降压变压器第一输入端；电压电流检测电路第二输入端接降压变压器第二输入端；第三电阻、第三电容分别并联于降压变压器的输出端；降压变压器第一输出端接第四电阻第一端、第五电阻第一端；第五电阻第二端接第六电阻第一端、第一运算放大器反向输入端；第一运算放大器同向输入端接地；第六电阻第二端接第一运算放大器输出端、第七电阻第一端；第七电阻第二端接第四电阻第二端、第八电阻第一端、第二运算放大器反向输入端；第二运算放大器同向输入端接地；第八电阻第二端接可调变阻器第一端；第九电阻第一端接可调变阻器调节输入端；第九电阻第二端接第四电容第一端、第四二极管阳极；可调变阻器第二端、第四电容第二端接地；直流电源接第四二极管阴极。
采用至少两路输入电路，实现信号电源的两路供电电源制式多样化，允许单相、三相供电电源单独或者混合输入。输入电路包括防雷保护电路、削波削峰抗干扰电路、输入端变压器与整流滤波电路，削波削峰抗干扰电路避免高次谐波造成电力电子设备误动作、电力电容器过热损坏、变压器功耗升高以及开关元器件跳闸的问题。
防雷保护电路输入端通过电压电流检测电路与控制器输入端相连，用于检测输入电电压是否正常；防雷保护电路输出端通过电压电流检测电路与控制器输入端相连，用于检测防雷保护电路工作是否正常。
整流滤波电路三相全波整流电路与RC滤波电路；三相全波整流电路具有电流波动幅度小的优点。检测控制单元检测输入电路输入端、PWM电路输出端、变压输出电路输出端电压电流参数。
如附图3所示，PWM电路实现将输入电压的振幅转换成脉冲宽度。如附图4所示，SPWM逆变电路采用三相全桥逆变电路，适用于大功率电路。
校正信号电源的两路独立供电电源的同相相位差：小于等于5度。信号电源输入出现断相或者相序错误时快速切换另一组输入电路，保持供电正常。
本发明解决了信号电源供电电源电压波动大的问题；解决了输入电源挂网负载较多时引起的谐波过大、挂网负载频繁启停突发的高频尖峰问题；避免三相输入电源断相或者错相引起信号电源屏故障；具备UPS特点，能实现输入短时断电，通过电池逆变供电，形成不间断供电功能；实现信号电源的两路供电电源制式多样化，允许单相、三相供电电源单独或者混合输入。
本发明能够实现单相220V输入和三相380V同时输入，对信号电源供电电源实现宽幅稳压，输入电压可变范围：-45％～+30％，输入功率因数：50％负载功率因数0.80,100％负载功率因数0.81，电源稳压精度(衡量电压稳定性的度量)-1.5％～+2.0％；电源效率：50％负载电源效率90％，100％负载电源效率93％；动态电压瞬变范围：-8％～+8％；输出波形：正弦波，失真度：空载1.7％，100％负载2.5％；输出频率50Hz。
本发明具有以下优点：
(1)多电源输入：多路电源经过输入削波削峰和升压后，通过二极管整流、电容滤波(包含电解电容、薄膜电容、瓷片电容和CBB电容)，将交流变换为直流电源后进行并联，实现多组电源同时输入；
(2)适应接触网输入：接触网电源特点是：
1)电源电压波动范围大(-40％-+35％)；
2)瞬间针型高频尖峰电压高(达到6-12倍)；
通过输入削波和削峰电路将高频尖峰电压削弱，达到电路能承受范围，通过升压和PWM将波动大的供电电源修正为系统需要的恒定直流。
(3)宽电压范围：通过升压和PWM将波动大的供电电源修正为系统需要的恒定直流；
(4)承受大电流冲击：通过电抗、变压器等部件降低瞬时大电流冲击，同时将电流和电压等信号进行高精度采集，然后通过精密整流后送入MCU，MCU处理后将各控制信号送入对应部分，控制系统工作状态，达到承受大电流冲击或保护。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.信号机械室电源安全专用处理装置，其特征在于，包括至少两路输入电路、PWM电路、SPWM逆变电路、变压输出电路与检测控制单元；输入电路包括依次相连的防雷保护电路、削波削峰抗干扰电路、输入端变压器与整流滤波电路；检测控制单元包括电压电流检测电路与控制器；电压电流检测电路的输入端连接防雷保护电路的输入端、防雷保护电路的输出端、PWM电路输出端、变压输出电路输出端；电压电流检测电路的输出端与控制器输入端相连；整流滤波电路、PWM电路、SPWM逆变电路、变压输出电路依次相连；控制器与PWM电路、SPWM逆变电路的控制输入端相连。
2.根据权利要求1所述信号机械室电源安全专用处理装置，其特征在于，所述削波削峰抗干扰电路包括电感单元、电容单元、电抗单元与RC并联电路；电感单元与电抗单元串联入三相线中；电容单元并联连接于三相线之间；RC并联电路连接于三相线与中线之间。
3.根据权利要求1所述信号机械室电源安全专用处理装置，其特征在于，所述整流滤波电路包括三相全波整流电路与RC滤波电路；输入端变压器输出端、三相全波整流电路、RC滤波电路依次相连。
4.根据权利要求1所述信号机械室电源安全专用处理装置，其特征在于，所述PWM电路包括第一电感、第一电容、IGBT、第一二极管、第二二极管、第二电感、第二电容、第一电阻、第一极性电容与第三二极管；整流滤波电路第一输出端通过第一电感接IGBT集电极、第一电容第一端、第一二极管阳极；IGBT发射极接第二二极管阴极、第二电感第一端；第二电感第二端接第一二极管阴极、第一极性电容正极、第二电容第一端、第一电阻第一端、第三二极管阳极、电压电流检测电路输入端；第三二极管阴极接PWM电路第一输出端；第一电容第二端、第一极性电容负极、第二二极管阳极、第一电阻第二端接整流滤波电路第二输出端、PWM电路第二输出端；IGBT栅极接控制器输出端。
5.根据权利要求1所述信号机械室电源安全专用处理装置，其特征在于，所述SPWM逆变电路为三相全桥逆变电路。
6.根据权利要求1所述信号机械室电源安全专用处理装置，其特征在于，所述变压输出电路包括三相变压器、输出电路电感；三相变压器、输出电路电感之间的相间并联有电容，输出电路电感输出端的相节点均连接有接地电容；输出电路电感输出端的相节点与电压电流检测电路相连。
7.根据权利要求1所述信号机械室电源安全专用处理装置，其特征在于，所述电压电流检测电路包括第二电阻、降压变压器、第三电阻、第三电容、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一运算放大器、第八电阻、第二运算放大器、可调变阻器、第九电阻、第四电容、第四二极管与直流电源；电压电流检测电路第一输入端通过第二电阻接降压变压器第一输入端；电压电流检测电路第二输入端接降压变压器第二输入端；第三电阻、第三电容分别并联于降压变压器的输出端；降压变压器第一输出端接第四电阻第一端、第五电阻第一端；第五电阻第二端接第六电阻第一端、第一运算放大器反向输入端；第一运算放大器同向输入端接地；第六电阻第二端接第一运算放大器输出端、第七电阻第一端；第七电阻第二端接第四电阻第二端、第八电阻第一端、第二运算放大器反向输入端；第二运算放大器同向输入端接地；第八电阻第二端接可调变阻器第一端；第九电阻第一端接可调变阻器调节输入端；第九电阻第二端接第四电容第一端、第四二极管阳极；可调变阻器第二端、第四电容第二端接地；直流电源接第四二极管阴极。
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