“中华之星”DC 110V开关电源的改进

资源类型:pdf 资源大小:62.00KB 文档分类:交通运输 上传者:王志国

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【作者】 刘菊香 

【关键词】"中华之星"电动车组 DC 110V开关电源 故障 改进措施 

【出版日期】2005-03-25

【摘要】介绍了“中华之星”动力车DC110V开关电源的工作原理,分析了应用中出现的故障,并对现有动力车DC110V开关电源电气线路提出了改进措施。

【刊名】机车电传动

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“中华之星”动力车DC110V控制电源采用的是开关电源。该开关电源使用了较先进的IGBT功率模块和高性能的SG1525PWM芯片,可将220V单相交流电转换成110V直流电,为动力车提供精度高、品质好的DC110V控制电源。与以往直流机车控制电源采用的晶闸管整流原理不一样,它主要是利用开关元器件的开关原理来达到电图1源能量的转换和电路隔离的目的。在“中华之星”50万公里运行考核期间,DC110V开关电源发生了一些故障,暴露了其存在的一些缺陷,因此需对其进行相应的设计改进。1开关电源的工作原理开关电源装置由主电源箱和控制箱二大部分组成。控制箱主要用于DC110V开关电源工作状态的控制,为主电源箱提供触发脉冲、保护信号,并检测主电源箱的信号,控制IGBT的导通和关断。控制箱输入电压为DC110V,输出电压为动力车仪表照明、压力传感器工作的24V电源以及控制电路自用的±15V、±5V电源,输出功率为300W。控制箱有A、B2组输出电压,分别输出±24V、±15V、±5V给系统提供控制电源。一组工作,另一组冷备用,2组之间的电源板和控制板可以互换。主电源箱是DC110V开关电源的主电路部分,电路原理如图1所示。其中,72R、71R、71C、72F构成输入保护电路,72C、73C、75R、76R构成滤波电路,74C、75C构成IGBT浪涌吸收电路,71SV、74R构成输入电压检测电路,72SV、79R构成输出电压检测电路,71SC构成开关电源输出总电流检测电路,72SC构成蓄电池电流检测电路。DC110V开关电源基本工作原理是:首先选择控制箱转换开关A组或B组,控制电路得电;当检测到输入电压高于150V时,闭合73KM,交流电经过限流电阻73R和整流桥71V、72V、73V、74V变为直流电,向72C、73C、74C、75C充电;充电2s后,闭合72KM,接着断开73KM,然后给IGBT发出触发脉冲信号,启动逆变电路;直流电经IGBT模块组成的桥式逆变电路71VT、72VT、73VT、74VT逆变成交流电;交流电经隔离变压器72TM,二极管75V、76V全波整流,再经滤波电路71L、76V滤波,最后转变为DC110V电源。当开关电源输出的总电流小于60A,充电电流小于30A时,系统进入稳压工作状态,输出DC110V直流电压。否则系统处于限流(恒流)工作状态,输出电压小于110V。DC110V开关电源主电路原理图2故障分析2003年4月25日“中华之星”运行时控制电源突然从110V降到96V左右,未出现其他异常现象(包括网压状态)。打开控制电源电器柜,发现自动开关34QA跳开,重复合34QA,立刻跳开,表明此回路有短路现象。为了维持列车正常运行,把73QS自动开关转到闭合位,控制回路DC110V电源从拖车取电。DC110V控制电源电气线路原理简图如图2所示。列车下线后,先分析34Q A过流保护跳开是否由DC110V开关电源外部因素引起,分别甩开支路通向插座33XS的线703、704以及断开71QS自动开关,升弓、合主断路器发现自动开关34QA还是跳开;再断开连接到DC110V开关电源机箱的交流220V电源线703、704,自动开关34QA闭合后,升弓、合主断路器,用万用表测得机车电传动2005年图2D C110V控制电源电气线路原理简图703、704线有交流电压220V,并且自动开关34QA闭合正常,没有出现过流保护跳开,表明此短路现象由DC110V开关电源内部引起。拆开DC110V开关电源箱,用万用表检测,发现IGBT浪涌吸收电路的电容74C被击穿。经分析认为,开关电源的充电电路设计不完善,图372K M、73K M接触器原接线图74C反复大电流长时间充电,造成击穿而形成短路,导致自动开关34QA过流而闭合不上。原因有2点:3改进措施(1)在正常情况下,当系统检测到输入电压达到通过以上分析,要使电容74C、75C不被击穿,必须150V时,73KM常开点先闭合,通过73R给浪涌吸收电容对充电电路和程序的设计进行改进。改进方法如下:74C、75C充电,充电2s后,72KM闭合,然后73KM断开,(1)充电电路的改进:72KM、73KM工作线圈都接维持对74C、75C充电,电阻73R起限流作用。电容74C在709、710,其改进接线图见图4。从图1、图2、图4中可以充电过程中,容量从0上升到2/3倍时,必需有电阻73R看出,当71QS断开时,只要闭合73QS或58QA(此时蓄的限流作用,否则电容74C、75C的充电电流过大,长时电池电压正常情况下),72KM、73KM工作线圈709、710间电流过大与反复充电,会造成电容击穿。都有电,不影响开关电源充电电路正常工作时序。(2)DC110V控制电源电气线路采用了冗余设计,即使在本车蓄电池电压严重亏损的情况下,也能使微机系统正常工作,保证升弓、合主断路器等重要操作被执行。冗余设计的实现方法是:闭合73QS,从拖车取DC110V电源来维持微机系统正常工作。而使用拖车电源时,通常先断开71Q S,切断DC110V开关电源供电。72KM工作线圈接709、710,图472K M、73K M接触器改进后的接线图73KM工作线圈接707、708,其接线图见图3。从图1、图(2)充电程序的改进:开关电源通过73KM与电阻2、图3中可以看出,当71QS断开时,线707、708无电,73R预充电时,只有当电容74C、75C充电到2/3倍容量左73KM线圈不工作,73KM常开,73KM与电阻73R不构右时,才闭合72KM常开点,接着断开73KM常开点;而成充电回路;当闭合73QS或58QA(此时蓄电池电压正以前逻辑顺序是不管73KM与电阻73R是否预充电,只常情况下),线709、710有电,72KM线圈得电工作,此要系统检测到输入电压为150V,延时2s后,就闭合时如果升弓、闭合主断路器,开关电源主电路不经过72KM常开点,断开73KM常开点。73KM与电阻73R预充电,就开始通过72K M对电容另外需要特别指出的是,目前的DC110V冗余设计74C、75C充电,长时间反复这样,必然引起电容74C、存在一个设计缺陷。在蓄电池电压严重亏损的情况下75C击穿。使用拖车电源,为防止DC110V开关电源同时向蓄电池—76—和拖车充电,引起充电电流过大,需要人工断开71QS,蓄电池电压严重亏损的情况下,机车不能升弓、闭合主该操作与正常操作要求有一定的冲突,使得操作人员断路器,只能利用车下电源单独给蓄电池充电,等充电很难正确判断,易导致错误。解决的办法是,在动力车完后再把所有开关(34QA、71QS)合上,再升弓、闭合与拖车之间的DC110V重联线中间加装1个二极管,使主断路器。电流的方向只能从拖车流向动力车。通过对“中华之星”动力车上的DC110V开关电源的充电电路和程序的改进,DC110V开关电源的设计越4结束语来越完善。由于开关电源具有体积小、重量轻、输出功DC110V开关电源此前已用在DJ2型交流传动电力率大、输出电压品质好、精确度高等优点,目前,电力机车上,因DJ2型交流传动电力机车上的DC110V控制机车上、地铁以及城市轨道机车车辆都纷纷采用,其运电源电气线路原理图上没有拖车供电的冗余设计,在用前景越来越广泛。“中华之星”DC 110V开关电源的改进@刘菊香$湖南铁道职业技术学院电气工程系!湖南株洲412001“中华之星”电动车组;;DC 110V开关电源;;故障;;改进措施介绍了“中华之星”动力车DC110V开关电源的工作原理,分析了应用中出现的故障,并对现有动力车DC110V开关电源电气线路提出了改进措施。

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