于泳 孫雨 張如意

摘 要：電力機(jī)車(chē)的電源控制是機(jī)車(chē)電氣系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，一旦發(fā)生故障很可能會(huì)帶來(lái)一系列嚴(yán)重后果，因此加強(qiáng)電力機(jī)車(chē)控制電源系統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)必要性。對(duì)此，本文在簡(jiǎn)要概述電力機(jī)車(chē)控制電源系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了整體設(shè)計(jì)方案，分析了電源電路和狀態(tài)顯示終端設(shè)計(jì)要點(diǎn)，最后通過(guò)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)行實(shí)證探析，希望本文研究能夠?qū)V大業(yè)內(nèi)同仁提供有益思考和借鑒。

關(guān)鍵詞：電力機(jī)車(chē)；電源控制；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

1 電力機(jī)車(chē)控制電源系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，電力機(jī)車(chē)控制電源應(yīng)用基本是開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，其核心機(jī)制就是從主變壓器輔助繞組或?qū)Ｓ美@組獲取電源，然后經(jīng)過(guò)全橋DC-DC變換器整流及相關(guān)設(shè)備處理后，輸出110 VDC±5%，靜態(tài)電壓脈動(dòng)有效值不超過(guò)5v，電流大小限制在50 A±10%范圍內(nèi)。盡管這種電源經(jīng)過(guò)了層層改進(jìn)，但因原理層面的制約，依然存在明顯弊端，具體如下：

第一，因采取硬開(kāi)關(guān)方式進(jìn)行帶流開(kāi)短，電耗較大，熱度高且很容易達(dá)到自動(dòng)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)；

第二，電路中di/dt最大值能夠達(dá)到8A/ns，而du/dt最大值能夠達(dá)到7V/ns，在寄生參數(shù)的影響下，非常容易形成強(qiáng)電磁干擾；

第三，充放電監(jiān)測(cè)和保護(hù)機(jī)制存在漏洞，很容易出現(xiàn)蓄電池過(guò)度虧電問(wèn)題。

但因機(jī)車(chē)設(shè)計(jì)方案已經(jīng)確定，機(jī)車(chē)生產(chǎn)也已經(jīng)定型，所以要想完全解決上述問(wèn)題顯然是不切實(shí)際的。只有通過(guò)對(duì)控制電源故障的深入剖析，針對(duì)相關(guān)問(wèn)題展開(kāi)技術(shù)改進(jìn)，并在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行完善，才是目前最合理的解決途徑。本文所涉及的控制電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠有效解決上述問(wèn)題，通過(guò)該系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)控制電源系統(tǒng)存在的安全隱患，能夠?qū)⒖刂齐娫聪到y(tǒng)故障消除在萌芽階段，有效確保了機(jī)車(chē)的安全運(yùn)行。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本文所設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由兩部分構(gòu)成，一部分是狀態(tài)采集終端，一部分是狀態(tài)顯示終端。本系統(tǒng)具有非常強(qiáng)的智能化，對(duì)使用者沒(méi)有太高的技術(shù)要求和規(guī)范限制，在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和全程顯示方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。當(dāng)發(fā)生110VDC電源異常、蓄電池回路開(kāi)路、蓄電池充電回路故障和自動(dòng)開(kāi)關(guān)50QA故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)給出報(bào)警提示信號(hào)，以便機(jī)車(chē)乘務(wù)員及時(shí)處理而不至于故障擴(kuò)大。系統(tǒng)采用電源電氣隔離設(shè)計(jì)、被監(jiān)測(cè)信號(hào)高阻接入方式，其本身發(fā)生故障時(shí)不會(huì)干擾機(jī)車(chē)牽引控制電路正常工作；系統(tǒng)的485總線(xiàn)端口采用四級(jí)抗干擾措施來(lái)抑制機(jī)車(chē)強(qiáng)電磁產(chǎn)生的浪涌干擾，保證在強(qiáng)電磁環(huán)境下終端之間的正常通信。

系統(tǒng)主要電氣性能指標(biāo)有：

（1）控制電源：110VDC±5%。

（2）蓄電池測(cè)試點(diǎn)，≤105VDC±1%時(shí)，故障提示指示燈閃爍。

（3）自動(dòng)開(kāi)關(guān)50QA測(cè)試點(diǎn)，≥1.6VDC±1%時(shí)，故障提示指示燈閃爍。

（4）顯示方式：三位LED數(shù)碼管，顯示誤差：±1VDC。

（5）485總線(xiàn)速率：19.2kbps。

2.1 電源電路

電源電路由開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路與集成穩(wěn)壓電路兩組成，通過(guò)二次穩(wěn)壓方法來(lái)進(jìn)一步抑制5V電源中的紋波噪聲；其次，提高次級(jí)輸出電壓可減小初次級(jí)電壓比，增加次級(jí)繞組匝數(shù)，增強(qiáng)次級(jí)線(xiàn)圈匝數(shù)間磁耦合強(qiáng)度，減小變壓器漏感，可降低開(kāi)關(guān)電源熱損耗，提高電源轉(zhuǎn)換效率，也有利于抑制紋 波噪聲。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路采用反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模式，通過(guò)開(kāi)關(guān)變壓器TR1與光耦合器U8實(shí)現(xiàn)了初次級(jí)電氣隔離；選用TOP222單片開(kāi)關(guān)電源芯片，芯片集成度高，所用外圍元減少，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，有利于提高電路可靠性。

2.2 狀態(tài)顯示終端

由圖1可知，狀態(tài)顯示終端電路的MCU通過(guò)485總線(xiàn)與狀態(tài)采集模塊進(jìn)行通信，收到狀態(tài)采集終端的電壓數(shù)據(jù)和報(bào)警信號(hào)后，由LED顯示與報(bào)警提示模塊顯示蓄電池電壓值；如送報(bào)警信號(hào)，LED燈閃爍。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與應(yīng)用

控制電源監(jiān)測(cè)及故障提示系統(tǒng)由狀態(tài)采集終端與狀態(tài)顯示終端組成，由各自獨(dú)立單片機(jī)控制，并通過(guò)RS485總線(xiàn)進(jìn)行相互之間通信。由于RS485總線(xiàn)采用主從方式進(jìn)行通信，狀態(tài)采集終端的單片機(jī)定義為主機(jī)，狀態(tài)顯示終端的單片機(jī)定義為從機(jī)。系統(tǒng)軟件由狀態(tài)采集終端控制程序和狀態(tài)顯示終端控制程序組成。

某機(jī)務(wù)段在韶山SS8型機(jī)車(chē)上安裝機(jī)車(chē)控制電源監(jiān)測(cè)及故障提示系統(tǒng)34臺(tái)。在機(jī)車(chē)中安裝使用兩年來(lái)，采用數(shù)字方式設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，具有抗干擾能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)通信準(zhǔn)確可靠，故障率極低和安裝方便的特點(diǎn)。系統(tǒng)對(duì)控制電源在線(xiàn)狀態(tài)檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了控制電源、蓄電池和自動(dòng)開(kāi)關(guān)存在隱性故障或性能缺陷，通過(guò)技術(shù)人員維修或更換不良器件，消除了故障隱患，大大改善了機(jī)車(chē)控制電源工況，提高了機(jī)車(chē)運(yùn)行的可靠性。

通過(guò)工程實(shí)際應(yīng)用，有效證實(shí)了本文設(shè)計(jì)的控制電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠有效解決傳統(tǒng)機(jī)車(chē)控制電源系統(tǒng)在技術(shù)層面的問(wèn)題，降低了機(jī)車(chē)控制電源故障發(fā)生率，確保了機(jī)車(chē)運(yùn)行的安全性和可靠性。而本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)同樣適用于其他型號(hào)的電力機(jī)車(chē)，所有具有非常重要的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用和推廣價(jià)值。

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（作者單位：中車(chē)大連機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司）