武漢福潤斯電氣有限公司
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閱讀：214發(fā)布時(shí)間：2022-3-31
列車上的供電系統(tǒng)主要包括48V或110V直流系統(tǒng)和380V或600V交流供電系統(tǒng),供電線路的絕緣狀態(tài)一直是列車安全運(yùn)行重要因素之一,列車每次進(jìn)出庫都要進(jìn)行電力線的絕緣檢測,而我國現(xiàn)有鐵路上普遍采取兆歐表 (搖表)進(jìn)行設(shè)備絕緣數(shù)據(jù)的檢測,由于兆歐表每次只能測量兩線間的絕緣值,而且需要人工記錄,對(duì)列車干線的U、V、W、N、P向線需要人工組合才能進(jìn)行測量、記錄,因此利用兆歐表來檢測列車供電線路的絕緣值非常的不方便,其已不能適應(yīng)當(dāng)前高速鐵路發(fā)展和鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)(Railway Intelligent TransportSystem, RITS)發(fā)展的需要。目前,在國內(nèi)外,不斷出現(xiàn)了基于單片機(jī)技術(shù)的數(shù)字化兆歐表,其原理都是以單片機(jī)為控制模塊,直流高壓為測量電源, A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換,并實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示。由于其功能比較單一,針對(duì)性不強(qiáng),不便于鐵路運(yùn)輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)化和智能化管理,因此,本文以單片機(jī)為主控制器,采用雙積分式AD轉(zhuǎn)化芯片ICL7135,開發(fā)了一套專用于鐵路列車的便攜式智能數(shù)字兆歐表,利用電橋法消除直流高壓本身的影響,通過繼電器的排列組合可以實(shí)現(xiàn)列車交流供電線路U、V、W、N、P向之間的任意兩線間絕緣值,該表采用鎳氫電池供電使其體積小,攜帶方便,通過低功耗設(shè)計(jì)使其使用時(shí)間長,具有自動(dòng)記錄功能、與PC通訊功能、智能報(bào)捷功能、非線性補(bǔ)償功能、顯示直觀和數(shù)據(jù)精確度高等優(yōu)點(diǎn)。
1 硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
數(shù)字兆歐表主要由直流高壓模塊、繼電器陣列、取樣電路、數(shù)據(jù)采集與控制、LCD顯示與鍵盤、數(shù)據(jù)保存和USB通訊等7大部分組成,其原理框圖如圖1所示。具體的工作原理為:直流高壓經(jīng)過繼電器陣列,施加到被測電源線的兩向間,取樣電路的電信號(hào)經(jīng)過ICL7135數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),單片機(jī)將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行計(jì)算,轉(zhuǎn)化為絕緣值,同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)保存、報(bào)捷判斷,同時(shí)根據(jù)設(shè)置進(jìn)行換向檢測,直到把各個(gè)向間的絕緣值全部檢測完為止。
1. 1 直流高壓模塊
數(shù)字兆歐表測量的基本原理與兆歐表(搖表)類似,兆歐表(搖表)是利用手搖發(fā)電機(jī)產(chǎn)生高壓進(jìn)行測量,其輸出的額定電壓為500 V(轉(zhuǎn)速為120r/min),而數(shù)字兆歐表對(duì)此做了一些改進(jìn),采用直流高壓模塊代替手搖發(fā)電機(jī),這就避免了由于手搖轉(zhuǎn)速不夠引起的高壓的不穩(wěn)定問題,針對(duì)鐵路列車的要求,特別將高壓模塊的額定電壓設(shè)置為500V/1kV兩擋可調(diào),對(duì)不同的線路選擇不同的測量電壓。電路如圖2所示,高壓模塊電壓輸入Vin是12V,利用V5/10位控制繼電器S2選擇R49或R50來確定輸出電壓Vout為500V還是1kV,對(duì)于380V或600V交流供電線路采用1kV高壓測量,而對(duì)于列車48V或110V直流供電線路采用500V高壓測量, R/S是高壓模塊的電壓轉(zhuǎn)化的起?？刂莆?。
1. 2 繼電器陣列
數(shù)字兆歐表主要是用來檢測列車供電線路絕緣情況的,特別是其交流線路,按照規(guī)定列車交流供電線路一般是380V或600V,且有U、V、W、N向,在檢測絕緣時(shí)除了要求檢測任意兩向之間的電阻值外,還需要各向?qū)α熊囃鈿的電阻值,這樣一共就有5向10種組合電阻值,因此采用繼電器陣列來實(shí)現(xiàn)各向間的組合測量。電路如圖3所示,當(dāng)繼電器U1和V2閉合時(shí)就檢測U和V向間的絕緣值,其它的向間值類似,這樣利用繼電器陣列,通過表的Port1接口與列車上U、V、W、N、P線一一對(duì)應(yīng)連接就可以循環(huán)檢測各向間的絕緣值,避免使用搖表需要人工切換的過程。
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