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《内燃机车新型干阻负载试验系统的设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、内燃机车新型干阻负载试验系统的设计汤春球1,黄勇翔2,刘卫1(1.武汉理工大学摩擦学研究所,湖北武汉430070;2.武汉铁路局,湖北武汉430071)摘要:针对水阻试验台和传统的干阻试验台的不足,提出了采用新型大功率电力电子开关元件IGBT设计一种新型的干阻负载试验台,在负载调节上采用权电阻的方式实现机车主电流的连续调节,测控系统利用工业控制计算机的集散控制方式来满足实际的生产需要。关键词:干阻试验台;PWM;IGBT;权电阻;计算机测控系统中图分类号:U260.14+6文献标识码:B文章编号:100
2、321820(2007)03200112031概述目前,大多数机务段采用水阻方式进行负载试验,即用水作为电阻,将主发电机发出的电能通过水转换成热能而消耗掉。水阻试验台最大的特点是电阻能实现连续调节,并且试验方式简单,满足试验要求,因此在铁路机务段部门得到广泛的应用。但是此方法也有很多缺点,为了增加水的导电能力,需加入电解质,一般是工业盐(氯化钠),对环境有污染,同时对试验设备具有严重的腐蚀作用,需要经常更换极板;在高寒缺水的地区(如我国北方),受大量用水和冰冻的影响,使机车水阻负载试验受到限制,甚至无法
3、进行。在机车大功率试验工况时,水被加热沸腾;在高电压、低电流区域试验时,极板和水的接触面积较小,致使极板和水接触不良,水的电阻变化较大。在这两种情况下,都会造成试验主电流和主电压的指针波动,试验数据无法准确读取。鉴于水阻负载试验台的弱点,我们开展了干阻负载试验台的研制,并投入使用。干阻试验台就是以干电阻代替水电阻吸收机车功率的装置。干电阻为镍铬合金电阻带,这种合金电阻带温度系数小,热稳定性好,试验过程中不会出现象水电阻那样不稳定的情况。2电阻带开关元件的选择传统的干阻试验台由于选择可控硅作为电阻主电路的
4、开关元件,其缺点很多,如:控制电路复杂,开关频率小,反向关断困难,需要反向关断电路,控制功率大等,因而原干阻试验台的开关控制系统很复杂。大功率半导体器件IGBT是80年代出现的双机理复合器件(DoubleMechanismDevice)。由于它将MOSFET和GTR的优点集于一身,具有输入阻抗高、速度快且驱动电路简单、正向压降低、驱动电流小等优点,目前广泛应用于变频控制、电机、电源、电力以及汽车、机车电传动等行业。应用IG2BT开关器件可比较容易地解决传统干阻试验系统中电阻带开通与关断的难题,可使机车干
5、阻负载试验系统的性能大幅提高。3负载电路的设计干阻试验台必须通过调节电阻的大小以消耗机车的功率,这样就可以调节机车的主发电流的大小,绘制恒功率曲线。负载电阻采用若干电阻带串、并联并通过各路的开关改变大小,每一支路的最大电流通过设计校核不能超过电阻带的额定电流600A。如图1所示,实际生产中共有22条支路,R1到R15为15条主电阻,由015Ω的电阻带通过串联和并联组成。主电路必须保证每一支路的最大电流不能超过600A。通过对数字电路中权电阻网络概念的移植,设计了由权电阻来实现电流的连收修回稿日期:200
6、6210230作者简介:汤春球(1977—),男,湖北新洲人,讲师。内燃机车2007年12续调节,权电阻R16到R22分别由阻值为2Ω、4Ω、8Ω、16Ω、32Ω、64Ω、128Ω的电阻组成,理论上对电流的调节分辨率小于1%。试验过程中,通过调节主电路的开关状态K6-K16(K1-K5为常闭,保持最低负载,实际上没有)可大幅改变总电路的阻值大小,以达到大幅调节负载的目的,而权电阻则可在某一负载范围内细微调节。通过主电阻带与权电阻带巧妙地配合使用,实现机车负载的连续调节,可接近或达到水阻负载的试验连续调节
7、水平,每一路均配有分流器和电流传感器,便于计算机采集。图2风机电机供电示意图调试、安装方便的作用。一种是用可编程逻辑控制器(PLC)控制,在计算机出现故障时作为备用,其不具备数据处理、试验结果判断等功能,只是通过人工记录试验数据,智能仪表显示各被测量,IGBT的导通情况可以通过操作台上的面板(LED)显示出来。另一种为计算机控制系统,功能比较全面,不仅能根据需要控制试验过程,而且能给出各故障报警,通过串行通信检测各种试验参数,还能提供试验结果,并处理各种报表的制作打印。采用工业级高可靠性计算机为主机,各
8、被测量尽可能采用工业级二次仪表,一方面直接在控制台上显示,另一方面将标准信号传送到计算机里,将弱电控制台与强电控制柜分开设计,可避免恶劣工作环境的干扰。工控机主要处理控制算法,管理系统输入和输出信号。二次仪表则负责被测信号的放大与调理,并显示被测量值和发送标准信号。这样设计可形成被测量的模块化,无相互干扰,便于管理。干阻试验台测控系统构成如图3所示。图1主电路原理图4电阻带散热风机电机的控制由于电阻带的发热量太大,就DF4型机车来说,平均每
