CN206497155U - 一种轨道车辆用能耗测试及能耗测量值验证装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种轨道车辆用能耗测试及能耗测量值验证装置，包括设置于轨道车辆上且相互连接的数据采集装置、数据处理装置；第一电压传感器、第二电压传感器、第二电流传感器、第三电流传感器、第四电流传感器分别用于测量网侧高压母线的电压、制动电阻两端之间电压、流过制动电阻的电流、流过辅助逆变器输入端的电流、流过牵引逆变器输入端的电流；第一电压传感器、第二电压传感器、第二电流传感器、第三电流传感器、第四电流传感器均与轨道车辆为可拆卸连接且均与数据采集装置连接。本实用新型适用于地铁车辆各种能耗的测试，也可将测量结果与轨道车辆原有的能耗测量结果对比，作为中央控制单元或能耗记录仪的测量值校准测试。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种能耗测试及能耗测量值验证装置，尤其涉及一种轨道车辆用能耗测试及能耗测量值验证装置。本实用新型属于轨道交通地铁车辆测试技术领域，适用于地铁车辆。
背景技术
随着我国城市轨道交通的不断发展，轨道交通系统带来的电能消耗也迅速增加，其中，地铁车辆的运营能耗约占上述总能耗的50％。各地铁公司用户及车辆制造厂家也越来越关注地铁车辆能耗，目前地铁车辆能耗的计量主要通过两种方式：
1)在车辆上安装的电流、电压传感器将采集的数据传输给车辆中央控制单元，由车辆中央控制单元计算及计录。
2)在车辆上安装的电流、电压传感器将采集的数据传输给能耗记录仪(电度表)，由能耗记录仪计算及计录。
但部分轨道车辆并未考虑能耗计量功能，而且，即使安装有能耗测试装置的轨道车辆，无论是通过中央控制单元或能耗记录仪(电度表)计量，都需通过电流、电压传感器采集数据，经长时间的使用后，原有安装的能耗测试装置中的传感器的精度下降，也将必然影响能耗计量精度。
实用新型内容
本实用新型要解决的问题是针对轨道车辆原有安装的能耗测试装置中的传感器的精度下降而影响能耗计量精度的问题，提供一种轨道车辆用能耗测试及能耗测量值验证装置，不仅可以测量当前各个装置的能耗及总能耗，也可将实测值与原有能耗记录仪或车辆中央控制单元测得的测量值进行对比。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种轨道车辆用能耗测试及能耗测量值验证装置，包括设置于轨道车辆上且相互连接的数据采集装置、数据处理装置；还包括分别用于测量网侧高压母线的电压、测量制动电阻两端之间电压的第一电压传感器、第二电压传感器；还包括分别用于测量流过制动电阻的电流、测量辅助逆变器输入端的电流、测量牵引逆变器输入端的电流的第二电流传感器、第三电流传感器、第四电流传感器；所述第一电压传感器、第二电压传感器、第二电流传感器、第三电流传感器、第四电流传感器均与轨道车辆为可拆卸连接且均与所述数据采集装置连接。
本实用新型中，通过设置第一电压传感器、第二电压传感器、第二电流传感器、第三电流传感器、第四电流传感器，可以通过测量和计算得到一定时间内轨道车辆的牵引能耗、辅助能耗、制动电阻能耗和再生制动反馈能量，其中牵引逆变器、辅助逆变器两端的电压即为网侧高压母线的电压。再生制动反馈能量为再生制动时所反馈的能量。求解牵引能耗、辅助能耗、制动电阻能耗之和，再减去再生制动反馈能量，即可得到测量之时各个装置消耗的能耗之和。将本实用新型的实测的牵引能耗、辅助能耗、制动电阻能耗、能耗之和分别与轨道车辆上原有能耗记录仪或车辆中央控制单元的测量结果进行对比，即可得到本实用新型的实测值与原有能耗记录仪或车辆中央控制单元的测量值的比值，根据实际需要，可确定哪个装置的测量结果是否偏差较大，或确定原有装置是否需要检修。通过将第一电压传感器、第二电压传感器、第二电流传感器、第三电流传感器、第四电流传感器设置为均与轨道车辆为可拆卸连接，使得本实用新型的装置不会对原有电路产生影响，也可在使用时进行连接，在无需使用时则拆下，方便测量。
进一步地，所述轨道车辆用能耗测试及能耗测量值验证装置还包括用于测量流过网侧高压母线的电流的第一电流传感器，所述第一电流传感器与轨道车辆为可拆卸连接且与所述数据采集装置连接。
通过设置用于测量网侧高压母线上的电流的第一电流传感器，可利用第一电流传感器的测量值与第一电压传感器的测量值得到总能耗的实测值。牵引能耗、辅助能耗、制动电阻能耗之和再减去再生制动反馈能量得到的值可与总能耗的实测值进行对比，确定二者是否相同，也可与轨道车辆上原有能耗记录仪或车辆中央控制单元的测量结果进行对比，即可得到本实用新型的总能耗的实测值与原有能耗记录仪或车辆中央控制单元的测量值的比值，根据实际需要，可确定原有装置是否需要检修。在未测量牵引能耗、辅助能耗、制动电阻能耗、再生制动反馈能量的情况下，也可通过第一电流传感器的测量值与第一电压传感器的测量值得到总能耗值。
进一步地，所述第一电流传感器和/或第二电流传感器和/或第三电流传感器和/或第四电流传感器为霍尔电流传感器。
设置霍尔电流传感器：用环行带气隙的磁环套在被测电流流过的导线上。利用霍尔电流传感器可以实现非接触检测。尤其对于轨道车辆中的设备，原有设备的电气接线不用丝毫改动就可以测得电流的数值，不影响轨道车辆原有电路，保证电路的安全性和稳定性。霍尔电流传感器的使用非常方便，将传感器套在被测电流流过的导线上，即可准确显示电流值。
进一步地，所述第一电压传感器设置于网侧高压母线的正端与接地端之间；第二电压传感器设置于制动电阻两端之间。将第一电压传感器、第二电压传感器分别设置于被测设备的两端之间，使得第一电压传感器、第二电压传感器可方便地与轨道车辆进行可拆卸连接，且不影响原有设备和电路。
进一步地，所述数据采集装置、数据处理装置设置于司机室内。通过将数据采集装置、数据处理装置设置于司机室内，从司机室可以方便获取采集到的电压与电流数据。
本实用新型具有的优点和积极效果是：本实用新型提出的轨道车辆用能耗测试及能耗测量值验证装置适用于地铁车辆的总能耗、牵引能耗、辅助能耗、制动电阻能耗和再生制动反馈能量的测试，可以此测量地铁车辆的总能耗、牵引能耗、辅助能耗、制动电阻能耗和再生制动反馈能量，或通过总能耗、牵引能耗、辅助能耗、制动电阻能耗和再生制动反馈能量的实测值与原有的中央控制单元或能耗记录仪(电度表)测量的能耗数据进行比对，确定得出中央控制单元或能耗记录仪(电度表)测量值与实测值的比例关系，从而根据实际需要，可确定哪个装置的测量结果是否偏差较大，或确定原有装置是否需要检修。
附图说明
图1是本实用新型的轨道车辆用能耗测试及能耗测量值验证装置安装于轨道车辆时的示意图；
图2是本实用新型的霍尔电流传感器设置于被测导线上的结构示意图。
图中，11、高压母线的正端，12、高压母线的接地端，2、制动电阻，3、辅助逆变器，4、牵引逆变器，5、蓄电池充电机，61、第一电压传感器，62、第二电压传感器，71、第一电流传感器，72、第二电流传感器，73、第三电流传感器，74、第四电流传感器，75、霍尔电流传感器，8、数据采集装置，8、数据处理装置，10、被测电流流过的导线。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，一种轨道车辆用能耗测试及能耗测量值验证装置，包括设置于轨道车辆上且相互连接的数据采集装置8、数据处理装置9；还包括第一电压传感器61、第二电压传感器62、第一电流传感器71、第二电流传感器72、第三电流传感器73、第四电流传感器74。第一电压传感器61用于测量网侧高压母线的电压，第二电压传感器62用于测量制动电阻2 两端之间电压；第一电流传感器71用于测量流过网侧高压母线的电流，第二电流传感器72 用于测量流过制动电阻2的电流，第三电流传感器73用于测量流过辅助逆变器3的电流，第四电流传感器74用于测量流过牵引逆变器4的电流。第一电压传感器61、第二电压传感器62、第一电流传感器71、第二电流传感器72、第三电流传感器73、第四电流传感器74均与轨道车辆为可拆卸连接且均与所述数据采集装置8连接。可设置与第一电压传感器61、第二电压传感器62、第一电流传感器71、第二电流传感器72、第三电流传感器73、第四电流传感器74连接的模数转换器，利用模数转换器将模拟量转换为数字量，数据采集装置8可采用上位机。辅助逆变器3两端的电压、牵引逆变器4两端的电压均与网侧高压母线的电压相等，因此第一电压传感器61的测量值即为辅助逆变器3两端的电压、牵引逆变器4两端的电压。第一电流传感器71、第二电流传感器72、第三电流传感器73、第四电流传感器74的信号传输线分别与数据采集装置9连接。
第一电流传感器71和/或第二电流传感器72和/或第三电流传感器73和/或第四电流传感器74为霍尔电流传感器。
图2是本实用新型的霍尔电流传感器设置于被测导线上的结构示意图。霍尔电流传感器75的磁环套在被测电流流过的导线10上，被测电流即为流过网侧高压母线的电流、流过制动电阻2的电流、流过辅助逆变器3的电流、流过牵引逆变器4的电流。图2仅为原理示意图，并不对霍尔电流传感器75的形状作出限定。
第一电压传感器61设置于网侧高压母线的正端11与接地端12之间；第二电压传感器 62设置于制动电阻2两端之间。网侧高压母线的接地端12即为网侧高压母线的负端。
在司机室内布置数据采集装置8、数据处理装置9，数据处理装置9可采用PTU(Portable Terminal Unit)等，从司机室方便插座获取的AC220V供测试设备用，测试原理见附图1。数据采集装置8内可具有模数数据转换功能，并可将转换得到的数字值传送给数据处理装置 9。PTU即为便携式终端设备。PTU上安装有功率软件。功率软件可利用第一电压传感器61、第二电压传感器62、第一电流传感器71、第二电流传感器72、第三电流传感器73、第四电流传感器74的测量值计算总能耗值、各辅助逆变器能耗值、各动车牵引能耗值、制动电阻的能耗值、再生制动反馈能量值。
牵引逆变器4与蓄电池充电机5连接，可以带动各个车内电器工作。
本测试方案中主要包括电压传感器、电流传感器、数据采集装置8和PTU组成采样测试。其中电压传感器分别用于采集网侧高压母线电压信号、采集制动电阻两端之间电压信号，电流传感器分别采集网侧高压母线电流、各动车的牵引电流、各动车的制动电阻的电流、各辅助逆变器的输入电流；将电压、电流信号送入数据采集装置8并传送给PTU经PTU的功率软件计算，得出总能耗、各动车的牵引能耗、电阻制动能耗、再生制动反馈能量。再生制动反馈能量为再生制动时所反馈的能量。
本实用新型适用于地铁车辆的总能耗、牵引能耗、辅助能耗、制动电阻能耗和再生制动反馈能量的测试，可以此测量地铁车辆的总能耗、牵引能耗、辅助能耗、制动电阻能耗和再生制动反馈能量或通过实测值与中央控制单元或能耗记录仪(电度表)测量的能耗数据进行比对，确定得出中央控制单元或能耗记录仪(电度表)测量值与实测值的比例关系，作为中央控制单元或能耗记录仪(电度表)测量值校准测试。
第一电压传感器61、第一电流传感器71、第三电流传感器73、第四电流传感器74可设置在高压箱处的位置，也可设置在其他合适位置。第二电压传感器62、第二电流传感器72可设置于制动电阻箱处的位置，也可设置在其他合适位置。第三电流传感器73用于采集各动车的牵引逆变器的输入端的牵引电流；第四电流传感器74用于采集辅助逆变器的输入端的牵引电流。本实用新型测量的轨道车辆的能耗包括总能耗、各动车牵引能耗、制动电阻的能耗值、再生制动反馈能量，单位为kw·h。
(1)电压传感器
根据网侧高压母线的电压及制动电阻两端之间电压等级选择合适的电压传感器。
第一电压传感器71用于采集网侧高压母线电压信号。每个动力单元的网侧高压母线配置一个第一电压传感器71。若整列车网侧高压母线贯通则整列车仅需布置1个电压传感器。在高压箱内的网侧高压母线上布置电压传感器、电流传感器。
第二电压传感器72用于采集制动电阻2两端之间电压信号，每个制动电阻2配置一个第二电压传感器72，通过在每个制动电阻箱内布置一个第二电压传感器72实现。
(2)电流传感器
根据网侧高压母线电流、各动车的牵引电流、制动电阻电流及辅助逆变器输入电流等级选择合适的电流传感器。
第一电流传感器61用于采集网侧高压母线电流，每个动力单元的网侧高压母线配置一个第一电流传感器61；第二电流传感器62用于采集各动车的制动电阻的电流，每个制动电阻配置一个第二电流传感器62；第三电流传感器63用于采集各动车的牵引逆变器的输入端的牵引电流；每个牵引逆变器配置一个第三电流传感器63；第四电流传感器64用于采集辅助逆变器的输入端的牵引电流，每个辅助逆变器配置一个第四电流传感器。
在高压箱内的网侧高压母线上布置电压传感器、电流传感器检测网侧高压母线电压与电流，同样可在高压箱内设置电流传感器检测每个牵引逆变器输入端的牵引电流及每个辅助逆变器输入端的电流，在每个制动电阻箱内布置一个电压传感器、一个电流传感器检测制动电阻电压、电流；在司机室内布置数据采集装置8、数据处理装置9，
PTU上安装的功率软件运行完成后应当获取本次测试的总能耗值、各辅助逆变器能耗值、各动车牵引能耗值、制动电阻的能耗值、再生制动反馈能量值。
本实用新型中能耗的计算公式为：
其中：u1(t)为第一电压传感器61的测量值；u2(t)为第二电压传感器62的测量值；i1(t) 为第一电流传感器71的测量值；i2(t)为第二电流传感器72的测量值；i3(t)为第三电流传感器73的测量值；i4(t)为第四电流传感器74的测量值；WA为利用第一电压传感器61的测量值、第一电流传感器71的测量值计算得到的总能耗值。WB是利用制动电阻的能耗值、辅助能耗值、牵引能耗值相加计算得到的总能耗值；W2为制动电阻的能耗值，W3为辅助能耗值；当i4(t)为正值时，W4即为牵引能耗值；当i4(t)为负值时，W4即为再生制动反馈能量值。
通过PTU软件读取测试运行开始时和终点时刻中央控制单元或能耗记录仪(电度表)记录的总能耗值、再生制动反馈能量值、牵引能耗值、辅助能耗值、制动电阻的能耗值；与测试能耗值进行比对。将电压、电流信号送入数据采集装置8处理后经数据处理器9的PTU功率软件计算，得出总能耗、各动车的牵引能耗、电阻制动能耗、再生制动反馈能量。
以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
Claims (5)
1.一种轨道车辆用能耗测试及能耗测量值验证装置，其特征在于：包括设置于轨道车辆上且相互连接的数据采集装置(8)、数据处理装置(9)；还包括分别用于测量网侧高压母线的电压、测量制动电阻(2)两端之间电压的第一电压传感器(61)、第二电压传感器(62)；还包括分别用于测量流过制动电阻(2)的电流、测量辅助逆变器(3)输入端的电流、测量牵引逆变器(4)输入端的电流的第二电流传感器(72)、第三电流传感器(73)、第四电流传感器(74)；所述第一电压传感器(61)、第二电压传感器(62)、第二电流传感器(72)、第三电流传感器(73)、第四电流传感器(74)均与轨道车辆为可拆卸连接且均与所述数据采集装置(8)连接。
2.根据权利要求1所述的轨道车辆用能耗测试及能耗测量值验证装置，其特征在于：还包括用于测量流过网侧高压母线的电流的第一电流传感器(71)，所述第一电流传感器(71)与轨道车辆为可拆卸连接且与所述数据采集装置(8)连接。
3.根据权利要求2所述的轨道车辆用能耗测试及能耗测量值验证装置，其特征在于：所述第一电流传感器(71)和/或第二电流传感器(72)和/或第三电流传感器(73)和/或第四电流传感器(74)为霍尔电流传感器。
4.根据权利要求1所述的轨道车辆用能耗测试及能耗测量值验证装置，其特征在于：所述第一电压传感器(61)设置于网侧高压母线的正端(11)与接地端(12)之间；第二电压传感器(62)设置于制动电阻(2)两端之间。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的轨道车辆用能耗测试及能耗测量值验证装置，其特征在于：所述数据采集装置(8)、数据处理装置(9)设置于司机室内。
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|---|---|---|---|---|
| CN108801324A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-11-13 | 河南机电职业学院 | 一种城市轨道交通能耗测量装置 |
| CN112782468A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-05-11 | 福州轨道交通电气科技有限公司 | 一种列车运行能耗计量方法 |
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| CN108801324B (zh) * | 2018-04-04 | 2020-09-11 | 河南机电职业学院 | 一种城市轨道交通能耗测量装置 |
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