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基于DSP及CPLD的DC600V客车充电机控制系统试验台的研制

导读: 随着我国铁路电气化区域的扩大、电力电子技术的发展,在新型客车上,DC600V母线供电系统将逐步取代原有的发电车供电系统,从而使得客车逆变器、充电机的装车量不断增加,生产、调试和维修的工作量也越来越大。

  随着我国铁路电气化区域的扩大、电力电子技术的发展,在新型客车上,DC600V母线供电系统将逐步取代原有的发电车供电系统,从而使得客车逆变器、充电机的装车量不断增加,生产、调试和维修的工作量也越来越大。原有的DC600V客车充电机控制系统手动试验台已经不能满足需求。因此,研制基于数字信号处理器(Digital Signal Processer,DSP)及复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device,CPlD)的DC600V客车充电机控制系统自动试验台。本文概述试验台研制技术。

  1 工作原理

  1.1 充电机的主电路结构

  DC600V空调客车对充电机的性能和可靠性提出较高的要求,充电机除应具有本身相应的保护功能外,还应对蓄电池具有限流恒压充电和温度补偿等功能。充电机的负载有本车的120Ah蓄电池组、DCIlOV用电设备和全列车贯通的DCll0V供电母线。充电机的主电路结构如图1所示。

  

  图1 充电机主电路结构图

  1.2 充电机控制系统的作用

  充电机主电路中的各个元器件是在控制系统的控制下发挥作用的。充电机控制系统通过电压传感器检测输入电压,当输人电压在规定的范围内时,充电接触器吸合,并通过快速熔断器和充电电阻给中间环节支撑电容充电。当中间环节电压上升到设定的范围内时,短路接触器闭合,经延时后充电机DC/DC变换器开始软启动工作。当充电机出现故障时,断开输入接触器,机组停机,中间环节电压通过放电接触器和放电电阻放电。

  充电机控制系统的主要作用如下。

  (1)数字量输人输出功能。用于控制接触器的通断,读入其反馈信号;控制相关指示灯,读人温度开关信号等。

  (2)模拟量采集功能。用于读取各个传感器的反馈信号。

  (3)脉冲产生及IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极晶体管)的保护功能。用于产生IGBT的脉冲控制信号,同时还通过监控IGBT的集电极一射极之间的电压‰保护IGBT。

  (4)RS485通讯功能。充电机通过RS485总线与列车网关交换信息。

  1.3 充电机控制系统测试需求

  根据充电机控制系统的主要作用可知,该控制系统的测试系统需具备以下功能。

  (1)数字量的测试。包括4个输入开关量,其中2个高电平为+110 V,2个高电平为+24 V;3路输出继电器开关量,其中2路继电器闭合时输出+110 V,1路继电器闭合时接地。

  (2)模拟传感器。充电机主电路中包含了7个模拟传感器用于测试电压或电流,输出的电流量最大为100 mA。为了测试充电机控制系统,测试系统需要能够产生可控的0~100 mA电流输出信号。

  (3)脉冲测试。充电机控制系统输出G1,G2,G3和G4共4路脉冲信号,其幅值范围为一7~+15 V。需要测试这些脉冲的滞后时间d、频率f及占空比D,这3个脉冲特征值的定义如图2所示,计算公式如下。

  

  

  图2 充电机控制系统的输出脉冲

  (4)485通讯测试。需要测试系统能够模拟网关的通讯功能,全面测试充电机控制系统通讯是否正常。

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