CN114280447B - 用于轨道交通电力变流器脉冲信号测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及轨道交通电力变流器技术，具体是涉及一种电力变流器脉冲信号测试装置及测试方法。解决了现有技术中波形记录仪的探头直接接入功率模块驱动板测试点时，操作非常困难、波形记录仪容易受电磁干扰以及技术人员现场操作存在触电风险的问题。测试时，将波形记录仪低压探头直接接入脉冲信号测试装置的电信号输出端子，控制单元光纤线缆连接脉冲信号测试装置的光信号接收端，功率模块光纤线缆连接脉冲测试装置光信号发射端。控制单元触发PWM脉冲信号，通过波形记录仪采集脉冲信号波形。该方案不仅可实现光电信号转换，还能实现对电信号测试；该测试装置能实现快速连接，操作简单，提高试验工作效率，测试过程中也不会受到主回路电磁干扰。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通电力变流器技术，具体是涉及一种电力变流器脉冲信号测试装置及测试方法。
背景技术
近年来，轨道交通装备正处于高速发展期，大功率牵引变流器得到广泛应用。为了降低变流器故障率，控制单元与功率模块之间采用光纤进行光信号传输，提升线路电磁抗扰性。控制单元和功率模块都采用光电信号转换电路，在变流器触发脉冲测试时，无法直接测试光信号变化，需要拆除功率模块保护罩，在配置板上测量IGBT门极驱动信号。由于正负测量点间距和操作空间较小，测量设备安装难度大，极易造成正负极短路造成驱动板卡损坏。
现有技术中轨道交通电力变流器脉冲信号测试方法，如图4所示。轨道交通电力变流器的进行脉冲试验时，将波形记录仪（或示波器）低压探头直接接入电力变流器中功率模块驱动板的测试点，控制单元通过光纤传输发送PWM信号和接收反馈的光信号，由功率模块光接收PWM信号和光发射反馈信号。通过波形记录仪采集脉冲信号波形。图4中各部件的功能如下：
电力变流器：将牵引变压器二次侧单相交流电转变为电压和频率可调的三相交流电。主要包含控制单元、功率模块、电容、水泵、冷却系统、接触器等部件。
控制单元：对功率模块和相应的电气部件发出适当的命令驱动电力变流器，并产生输出电压和电流。
功率模块：可以实现牵引时交流到直流的整流变换功能，而且也能够实现制动时将直流电变换为交流电回馈电网的逆变功能。
波形记录仪或示波器：各种电量信号的波形记录和显示。
但是现有技术存在如下技术问题：1）功率模块安装于电力变流器中，功率模块配置板四周空间较小，波形记录仪的探头直接接入功率模块驱动板测试点时，操作非常困难；
2）由于探头线缆长度有限，波形记录仪与变流器之间的连接间距很近。当变流器进行高电压试验时，如若探头和线缆绝缘处理没有防护好，波形记录仪容易存在电磁干扰；
3）技术人员现场操作容易存在触电风险。
发明内容
为解决上述现有技术存在的缺陷，本发明为变流器脉冲试验提供一种光电转换测试装置，为电力变流器试验提供一种测试方法。不仅可以实现光电信号转换，还能够实现对电信号测试；该测试装置能实现快速连接，操作简单，提高试验工作效率，测试过程中也不会受到主回路电磁干扰。
本发明所述测试装置是采用如下技术方案实现的：一种用于轨道交通电力变流器脉冲信号测试装置，包括脉冲测试装置盒以及设在脉冲测试盒内部的光电光信号转换板；脉冲测试装置盒的盒体表面上设有光信号接收插座、光信号发射插座、电信号引出端子和连接外部直流电源的供电插座；光电光信号转换板在盒体内部均与光信号接收插座、光信号发射插座、电信号引出端子和供电插座相连接。
测试时，将波形记录仪低压探头直接接入脉冲信号测试装置的电信号输出端子，控制单元光纤线缆连接脉冲信号测试装置的光信号接收端，功率模块光纤线缆连接脉冲测试装置光信号发射端。控制单元触发PWM脉冲信号，通过波形记录仪采集脉冲信号波形。脉冲测试装置盒用于将各个部件安装在盒子上，光信号接收插座和光信号发射插座用于连接光纤插针，光纤线缆分别连接电力变流器的控制板和驱动板；电信号引出端子用于连接波形记录仪低压探头；供电插座用于连接直流稳压电源。
采用本发明所述的测试装置，避免了波形记录仪或示波器与电力变流器的直接连接，提高了测试人员的操作安全性；测试装置起到了一个类似于连接中转的作用，方便了电力变流器和波形连接器或示波器的连接。
进一步的，左右两侧的光电连接器和光纤线束用于连接控制单元和功率模块光电连接器，连接过程更加便捷。
进一步的，所述光电光信号转换板包括光电信号转换单元、电光信号转换发射单元和直流电压单元；直流电压单元包括三个相互并联的电容以及与电容并联的驱动芯片55452和瞬态电压抑制器SMBJ6CA，驱动芯片55452位于电容和SMBJ6CA之间，电容两端引出线与供电插座连接，SMBJ6CA的两端引出后分别作为直流电压源和数字地；
所述光电信号转换单元包括光纤收发模块HFBR2521及高速CMOS器件74hc14，HFBR2521的输入端口与光信号接收插座相连接，HFBR2521的第一输出端口与第四输出端口相连接，HFBR2521的第二输出端口与直流电压源相连接，HFBR2521的第三输出端口与数字地连接，HFBR2521的第四输出端口通过一个电容与数字地连接同时还与74hc14的输入端相连接，HFBR2521的第二、第三输出端口之间并联有两个电容；
电光信号转换发射单元包括稳压二极管D1、驱动芯片55452和光纤链路发送器HFBR1521；74hc14的输出端与稳压二极管D1的负极相连接，稳压二极管D1的正极与驱动芯片55452的第二端口相连接，稳压二极管D1的正极通过电阻与数字地相连接，稳压二极管D1的负极还通过电容与数字地连接，驱动芯片55452的第一端口与直流电压源连接；驱动芯片55452的第三端口与HFBR1521的第二端口即电信号接收端相连接，驱动芯片55452的第三端口通过一个电容后分别与HFBR1521的第一端口以及直流电压源相连接，HFBR1521的第一端口通过一个电容与数字地连接，HFBR1521的输出端与光信号发射插座相连接；
74hc14的输出端引出一条接线端，将输出电信号输入至电信号引出端子。
光电信号转换单元用于完成控制板发射的光信号向电信号的转换，电光信号转换发射单元用于实现电信号向光信号的转换以及光信号向功率模块的发射；直流电压单元则向光电信号转换板各部件提供稳定的直流电源。
HFBR2521用于将光信号的PWM脉冲转换为电信号；74hc14用于PWM信号电平转换；D1用于分压，限制55452输入信号电压幅值；55452用于PWM信号逻辑转换；HFBR1521用于将电信号的PWM脉冲转换为光信号；SMBJ6CA用于55452供电电源浪涌吸收。
本发明所述测试方法是采用如下技术方案实现的：
一种用于轨道交通电力变流器脉冲信号测试方法，包括如下步骤：a）连接方式
电力变流器的控制单元光纤线缆连接脉冲信号测试装置的光信号接收插座，功率模块光纤线缆连接脉冲信号测试装置的光信号发射插座，将波形记录仪或示波器低压探头直接接入脉冲信号测试装置的电信号输出端子；
b）PWM光信号接收
电力变流器中的控制单元通过控制板发出PWM光信号给脉冲信号测试装置，PWM光信号经过光-电-光信号转换发出光信号，由功率模块光接收器接收PWM光信号给驱动板，触发IGBT上下桥臂工作；
c）反馈信号光发射
功率模块驱动板反馈信号通过光发射器发送给脉冲信号测试装置，光信号经过光-电-光信号转换发出光信号，通过光纤传输到控制单元；
d）通过波形记录仪或示波器采集PWM和反馈电信号波形。
本发明技术方案带来的有益效果：
（1）控制单元、功率模块和脉冲信号测试装置之间采用光纤连接，信号传输不受干扰；
（2）脉冲信号测试装置接线快速、操作简便，缩短电力变流器试验周期，提高工作效率；
（3）波形记录仪或示波器可以安放在距离电力变流器较远的位置，操作安全性高。
附图说明
图1 本发明所述脉冲信号测试装置连接和测试方法示意图。
图2 脉冲信号测试装置外部结构示意图。
图3光电光信号转换板电路原理图。
图4现有技术中脉冲测试方法示意图。
1-电力变流器，2-控制单元，3-控制板，4-功率模块，5-驱动板，6-配置板，7-IGBT，8-光纤线束，9-波形记录仪或示波器，10-脉冲信号测试装置，11-脉冲测试装置盒，12-光信号接收插座，13-光信号发射插座，14-电信号引出端子STATE，15-光电连接器和光纤线束，16-供电插座（5VDC），17-光电信号转换单元，18-电光信号转换发射单元，19-直流电压单元，20-输出电信号。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1为发明所述电力变流器脉冲信号测试方法的示意图，其工作原理如下：a）连接方式
控制单元光纤线缆连接脉冲信号测试装置的光信号接收插座，功率模块光纤线缆连接脉冲信号测试装置光信号发射插座，将波形记录仪低压探头直接接入脉冲信号测试装置的电信号输出端子。
b）PWM光信号接收
电力变流器中控制单元，通过控制板发出PWM光信号给脉冲信号测试装置，PWM光信号经过光-电-光信号装换发出光信号，由功率模块光接收器接收PWM光信号给驱动板，触发IGBT上下桥臂工作。
c）反馈信号光发射
功率模块驱动板反馈信号通过光发射器发送给脉冲信号测试装置，光信号经过光-电-光信号装换发出光信号，通过光纤传输给控制单元。
d）通过波形记录仪采集PWM和反馈电信号波形。
如图2所示，一种用于轨道交通电力变流器脉冲信号测试装置，包括脉冲测试装置盒以及设在脉冲测试装置盒内部的光电光信号转换板；脉冲测试装置盒的盒体表面上设有光信号接收插座、光信号发射插座、电信号引出端子和连接外部直流电源的供电插座；光电光信号转换板在盒体内部均与光信号接收插座、光信号发射插座、电信号引出端子和供电插座相连接。图中脉冲测试装置盒用于将各个部件安装在盒子上；光信号接收插座和光信号发射插座用于连接光纤插针；电信号引出端子：连接波形记录仪低压探头；光电连接器和光纤线束用于连接控制单元和功率模块光电连接器；供电插座（5VDC）连接直流稳压电源。
如图3所示，所述光电光信号转换板包括光电信号转换单元17、电光信号转换发射单元18和直流电压单元19；直流电压单元包括三个相互并联的电容以及与电容并联的驱动芯片55452和瞬态电压抑制器SMBJ6CA，驱动芯片55452位于电容和SMBJ6CA之间，电容两端引出线与供电插座连接，SMBJ6CA的两端引出后分别作为直流电压源和数字地；
所述光电信号转换单元包括光纤收发模块HFBR2521及高速CMOS器件74hc14，HFBR2521的输入端口与光信号接收插座相连接，HFBR2521的第一输出端口与第四输出端口相连接，HFBR2521的第二输出端口与直流电压源相连接，HFBR2521的第三输出端口与数字地连接，HFBR2521的第四输出端口通过一个电容与数字地连接同时还与74hc14的输入端相连接，HFBR2521的第二、第三输出端口之间并联有两个电容；
电光信号转换发射单元包括稳压二极管D1、驱动芯片55452和光纤链路发送器HFBR1521；74hc14的输出端与稳压二极管D1的负极相连接，稳压二极管D1的正极与驱动芯片55452的第二端口相连接，稳压二极管D1的正极通过电阻与数字地相连接，稳压二极管D1的负极还通过电容与数字地连接，驱动芯片55452的第一端口与直流电压源连接；驱动芯片55452的第三端口与HFBR1521的第二端口即电信号接收端相连接，驱动芯片55452的第三端口通过一个电容后分别与HFBR1521的第一端口以及直流电压源相连接，HFBR1521的第一端口通过一个电容与数字地连接，HFBR1521的输出端与光信号发射插座相连接；
74hc14的输出端引出一条接线端，将输出电信号20输入至电信号引出端子。
盒体外表面设有直流电压端子和数字地端子，分别与直流电压单元的直流电压源和数字地相连接；光信号接收插座和光信号发射插座分别位于脉冲测试装置盒最大的一个外表面的左右两侧，所述电信号引出端子、供电插座以及直流电压端子和数字地端子均位于光信号接收插座和光信号发射插座之间。
盒体外表面设有8个引出端子，用于电信号测量。其中有6个为PWM脉冲电信号引出端子；1个5VDC电压引出端子；1个数字地端子。测试PWM脉冲信号时将示波器低压探头直接接入脉冲信号其中1个PWM脉冲电信号引出端子和数字地端子之间。测试SMBJ6CA输出端5VDC电压时，将示波器低压探头直接接入5VDC电压引出端子和数字地端子之间。
光信号接收插座和光信号发射插座各连接有一个光电连接器，方便和电力变流器的快速连接。
外部直流电源的电压为5V；直流电压源的电压为5V，小电压在测试时更为安全。
Claims (8)
1.一种用于轨道交通电力变流器脉冲信号测试装置，其特征在于：包括脉冲测试盒以及设在脉冲测试装置盒内部的光电光信号转换板；脉冲测试装置盒的盒体表面上设有光信号接收插座、光信号发射插座、电信号引出端子和连接外部直流电源的供电插座；光电光信号转换板在盒体内部均与光信号接收插座、光信号发射插座、电信号引出端子和供电插座相连接；
所述光电光信号转换板包括光电信号转换单元、电光信号转换发射单元和直流电压单元；直流电压单元包括三个相互并联的电容以及与电容并联的驱动芯片55452和瞬态电压抑制器SMBJ6CA，驱动芯片55452位于电容和SMBJ6CA之间，电容两端引出线与供电插座连接，SMBJ6CA的两端引出后分别作为直流电压源和数字地；
所述光电信号转换单元包括光纤收发模块HFBR2521及高速CMOS器件74hc14，HFBR2521的输入端口与光信号接收插座相连接，HFBR2521的第一输出端口与第四输出端口相连接，HFBR2521的第二输出端口与直流电压源相连接，HFBR2521的第三输出端口与数字地连接，HFBR2521的第四输出端口通过一个电容与数字地连接同时还与74hc14的输入端相连接，HFBR2521的第二、第三输出端口之间并联有两个电容；
电光信号转换发射单元包括稳压二极管D1、驱动芯片55452和光纤链路发送器HFBR1521；74hc14的输出端与稳压二极管D1的负极相连接，稳压二极管D1的正极与驱动芯片55452的第二端口相连接，稳压二极管D1的正极通过电阻与数字地相连接，稳压二极管D1的负极还通过电容与数字地连接，驱动芯片55452的第一端口与直流电压源连接；驱动芯片55452的第三端口与HFBR1521的第二端口相连接，驱动芯片55452的第三端口通过一个电容后分别与HFBR1521的第一端口以及直流电压源相连接，HFBR1521的第一端口通过一个电容与数字地连接，HFBR1521的输出端与光信号发射插座相连接；
74hc14的输出端引出一条接线端，将输出电信号输入至电信号引出端子。
2.如权利要求1所述的用于轨道交通电力变流器脉冲信号测试装置，其特征在于，盒体外表面设有直流电压端子和数字地端子，分别与直流电压单元的直流电压源和数字地相连接。
3.如权利要求2所述的用于轨道交通电力变流器脉冲信号测试装置，其特征在于，光信号接收插座和光信号发射插座分别位于脉冲测试盒最大的一个外表面的左右两侧，所述电信号引出端子、供电插座以及直流电压端子和数字地端子均位于光信号接收插座和光信号发射插座之间。
4.如权利要求3所述的用于轨道交通电力变流器脉冲信号测试装置，其特征在于，电信号引出端子共有6个接线端。
5.如权利要求1-4任一项所述的用于轨道交通电力变流器脉冲信号测试装置，其特征在于，光信号接收插座和光信号发射插座各连接有一个光电连接器。
6.如权利要求1-4任一项所述的用于轨道交通电力变流器脉冲信号测试装置，其特征在于，外部直流电源的电压为5V。
7.如权利要求1-4任一项所述的用于轨道交通电力变流器脉冲信号测试装置，其特征在于，直流电压源的电压为5V。
8.一种用于轨道交通电力变流器脉冲信号测试方法，采用如权利要求1所述的用于轨道交通电力变流器脉冲信号测试装置来实现，其特征在于，包括如下步骤：a）连接方式
电力变流器的控制单元光纤线缆连接脉冲信号测试装置的光信号接收插座，功率模块光纤线缆连接脉冲信号测试装置的光信号发射插座，将波形记录仪或示波器低压探头直接接入脉冲信号测试装置的电信号输出端子；
b）PWM光信号接收
电力变流器中的控制单元通过控制板发出PWM光信号给脉冲信号测试装置，PWM光信号经过光-电-光信号转换发出光信号，由功率模块光接收器接收PWM光信号给驱动板，触发IGBT上下桥臂工作；
c）反馈信号光发射
功率模块驱动板反馈信号通过光发射器发送给脉冲信号测试装置，光信号经过光-电-光信号转换发出光信号，通过光纤传输到控制单元；
d）通过波形记录仪或示波器采集PWM和反馈电信号波形。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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