相位测试在机车调试过程中的应用实践

相位测试在机车调试过程中的应用实践

王涛 ,刘畅 ,何君 ,曹守立

中车大连机车车辆有限公司     辽宁大连    116000

摘要：国产八轴货车牵引列车的主回路和控制回路普遍使用的都是同名接口的变压器和互感器进行的电气线路设计，但这种设计需要设备的同名端和接线必须准确。在此基础上，从线路的角度进行详细地阐述，并根据实际情况，提出了解决方案，并采用了行之有效的工艺技术措施，以提高相机测试的工作效率和确保列车的品质。

关键词：相位测试；机车调试；主电路；示波器法

在研制并试制造八轴电力列车的过程中，因配线误差造成的升弓主断后、 IGBT模块、通用柜内的同步式变压器等设备发生烧毁等问题。为了避免这种问题再次发生，在生产过程中采取了对各线路的装置和连线进行分段检查的技术措施。由此造成了工作量剧增，难以确保同步讯号正确，运行时间较长，不能实现预期的过程控制目标。因此，为了更好地提升列车的运行效果，必须研究可行、方便的测试手段。

1.电路设计分析

电力机车的电力牵引动力系统包括：受电弓、主断路器、牵引变压器、牵引变流器、三相交流牵引电机等。该受电弓将25 kV单相工频交流电力输入到牵引变压器，经过变压器的降压后的单相交流电源供应四象限的脉宽，而四象限的整流器则将单相交流电流转换为直流，通过中间直流链向牵引逆变器输出直流电流，并输出电压、电流和频率可控的三相交流电源。请参阅表格1中的电力参数。

在正常的牵引/刹车状态下，由主变换器内部的牵引控制器接受驾驶员的控制命令，从而使各个变换器从工频、高压、非可控单相交流、三相交流电的转换，并通过拖动异步电机来完成对电机的一次一对一的控制。在电力输送过程中，电力从电力网络流入到电动机，电力被转化成机械能；在刹车的时候，将机械能量转换成电力，再反馈给电力系统。该主变换器具有向机车副逆变器提供直流电源和向加热装置提供交流电源的接口，以便按需要进行合理的分配，并利用网络化技术来保护主变换器。主变压器的技术指标详见表格2。

该系统在其控制端环上使用了电压变压器TF1-PP，对单相电压进行了电压降低，电压比值为25000 V/100 V，然后通过TF2-PP变换电压比例为100 V/100 V的变压器，转换成需要的驱动和控制功率。通过对列车运行的控制逻辑和上述的分析，得出了造成主回路和控制电路出现故障的三个原因，即(1)拖曳传动控制部发送不正确的脉搏，造成发生过载或过载现象。(2)如果主电路和控制环之间有连接误差，则会造成逻辑上的判断失误，从而产生故障。(3)设备的质量问题。

2.工艺方法研究

在不同的时序和网络中，正弦波的相位值是不同的。一般认为，相位计是一种对两个相同频率的信号进行相位差的测定，其中最常用的方法就是对两个相同的频率的相位差，也就是对网络的相位差进行了测定。相是一个与线路的组成相关的参量，它是一个反映任意时刻的交变电流的物理量。从上述结果可以看出，CRT1的牵引控制端部1 a、1 b具有5 V的电压，作为变换器的副侧a11、a12，也就是404C-11、404B-11的输出电压是950 V，并且这两个电压是从相同的电压经过变换器或者变压器获得的，所以要进行相测以确保线路的正确性。而相位的测定有3种方式：示波器法，零示法，直读法。

2.1示波器法

示波器法是将两个被测量的两个Y声道分别输入两个测量信号，通过两个波形的时隙和 T的比值来求出相差φ。与用来计算测量相位差的椭圆法相比，该方法具有较高的精度。

2.2零示法

零示（对比）法是将一个可调的相位器与一个被测量的讯号串接起来，再加上另外一个相同的频率讯号，如示波器，指示器等，调整一个可调的相位器，以显示一个零的相位差，在相位器上的读取就是两个讯号之间的一个相位差。该方法的准确度取决于所用的相位计的准确度，通常可达到十位数。

2.3直读式相位计法

直接读取相位仪不仅可以直接读取相位差，而且可以快速地检测出不同的相位值。采用直接读取法、环形调制器法、数字式直读法和向量电压表法等多种方法实现了直读法的相位差测定。当前应用最广泛的是直接读取和向量电压表。

2.3.1数字式直读相位计法

相位差的测量方法和测量的时间范围大致一致。要检测的信号电压，在脉冲成形电路中转换为一个尖峰，对双稳触发进行解耦，从而生成一个具有ΔT的栅极信号，打开时间门，并在 N处生成一个频率为 f

0的基准脉冲。可以证实两个信号的相位差φ与 N成比例，从而可以从计数器读出其相位差φ。该方法适合于检测低频信号的相位差。当两个信号的相位差φ与 N成比例时，就可以从计数器读出其相位差φ。该方法适合于检测低频信号的相位差。

2.3.2矢量电压表法

在采样取样电路过程中，1 MHz至1000兆赫的信号被减小为20 kHz等固定的低频，随后通过直接读取相位计读出下2个信号之间的相差。其精度约为-1.5°。本文在对该系统的电路特性和相测方式进行了详细的研究后，选用了一种示波法，即100：1的高压探测器和连线，将两个电压信号与两个示波器的两个信道相连，在同一时间对主电路和控制线路进行了10 V的相位检测，从而确保了同步的信号传输。

结束语：

综上所述，经试制机车上测试验证不仅最大程度地节省了试验车的检测周期，而且减少了工作的困难，避免了不必要的拆卸和修复零件。示波测相技术能有效地确保列车运行的正确率，而且时间短，准确率高，适合在具有相同特性的电路中使用。

参考文献

[1]赵东波, 李珍. 相位测试在机车调试过程中的应用[J]. 铁道技术监督, 2019(04):213-214.

[2]冯晓云．电力牵引交流传动及其控制系统[J]. 北京：高等教育出版社, 2020(10):197-198.

[3]王兆按，黄俊．电力电子技术[J]. 4 版北京：机械工业出版社, 2018(07):181-182.