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1、摘要基于DSP的均压均流测试系统的设计摘要电力机车一般都采用交流制供电，交流电从主变压器的牵引绕组经过硅机组整流后，向牵引电动机集中供应直流电，使牵引电动机产生转矩驱动机车动轮转动。整流柜的性能将直接影响电力机车的运行能力，而整流柜主整流组件很容易出现击穿、烧损、放炮等故障，从而导致硅整流装置出现短路，断路等故障。作者对对上述问题作了较详细的研究和探讨，并设计了一种基于DSP的采用脉冲方式对电力机车整流柜进行均压均流测试的系统。首先对整流柜的结构功能、工作特性和产生故障的原因进行了分析，在此基础上设计了对整流柜进行均压均流测试的脉冲测试电路、脉冲触发电路、通道信号处理电路、信号采集电路以及DS
2、P的接口电路等诸多硬件电路，并且开发了一套以ADC程序和串口通信程序为主的DSP软件，详细分析了上述软硬件的功能、原理和流程图。最后对该测试系统的设计进行了总结，肯定了该系统的设计方案。关键词：电力机车，DSP，整流柜，均压均流测试IAbstractTHE DESIGN OF CURRENT SHARE AND VOLTAGE TEST SYSTEM BASE ON DSPAbstractLocomotive general adopt alternating current to power-up, the alternating current come from the drag win
3、ding of main converter was commutated by the rectifier, then supply direct current to the drag electric motor to make the drag electric motor generate torque drive locomotive turning. The behavior of rectifier effect the locomotives ability of running directly, but the commutate component of rectifi
4、er occur broke through, burn down blasting breakdown and so on easily, thereby lead the rectifier to short circuit or block. The writer aim at the issue did detail research and exploration, designed a kind of impulse fashion test system of the locomotive rectifier current share and voltage share bas
5、ed on DSPFirstly analyzed the framework function, working characteristics and the reason of breakdown, On this foundation designed the current share and voltage share test impulse circuit, impulse flip-flop circuit, access signal processing circuit, signal collect circuit and the interface circuit a
6、nd so on hardware circuit, and developed a set of DSP software main of ADC subprogram and serial interface communication subprogram, analyzed the function principle and flow sheet of hardware and software. Finally made a summa of the excogitation of the test system, affirmed the excogitation of the
7、system.Key Words: Locomotive, DSP, rectifier, current share and voltage share test58目录目录主要符号说明1第一章 绪论21.1 前言21.2 整流柜的均压与均流21.2.1 电力电子器件串联时的均压21.2.2 电力电子器件并联时的均流31.3 均压和均流测试31.3.1 低压电流测试(均流测试)31.3.2 轻载电压测试(均压测试)31.4 试验装置及其目的与意义41.4.1 本试验装置的基本特点41.4.2 本试验装置的基本原理41.4.3 试验装置的目的与意义4第二章 整流柜及其均压均流测试72.1 整流
8、柜的结构72.2 整流柜的功能和原理82.2.1 整流装置均流功能分析92.2.2 整流装置均压功能分析102.2.3 整流装置过电压保护功能分析102.2.4 整流装置过电流保护功能分析112.2.5 晶闸管的di/dt保护112.3 被测组件特性112.4 硅机组均压均流试验的现状和本系统的优点132.4.1. 国内电力机务段机车硅机组均压均流试验的现状132.4.2 新型硅机组均压均流试验装置的特点13第三章 均压、均流试验系统主电路的设计153.1 总体方案的设计153.1.1 试验系统测试方案153.1.2 均压、均流试验系统的组成153.2 电源单元的设计173.2.1 硅机组的均
9、流测试183.2.2 硅机组的均压测试193.3 触发电路的设计203.3.1 被测可控硅的触发电路203.3.2 脉冲电源触发电路213.4 信号采样与转换223.5 霍尔传感器223.5.1 霍尔电压电流传感器概述223.5.2 霍尔传感器工作原理233.5.3 霍尔传感器接线图24第四章 基于DSP的信号采集与处理系统硬件设计284.1 DSP芯片概述284.1.1 DSP芯片的分类284.1.2 DSP系统的设计过程294.2 TMS320LF240x芯片的特点314.2.1 TMS320系列DSP芯片的概况314.2.2 TMS320C2000系列DSP芯片的基本结构324.2.3
10、TMS320LF240x系列DSP芯片的概述344.3 以TMS320LF2407A为核心的信号采集与传输系统354.3.1 TMS320LF2407A芯片的ADC模块354.3.2 TMS320LF2407ADSP的SCI模块37第五章 信号采集、处理与传输软件设计385.1 DSP软件开发工具概述385.2 系统软件的开发405.2.1 C 语言与汇编语言的混合编程405.3 ADC部分的设计415.3.1 ADC模块的电平匹配415.3.2 ADC模块的初始化425.3.3 采样值转换为有效值435.3.4 ADC模块的软件设计445.4 DSP与PC机间串行通信部分的设计455.4.1
11、 设置串行通信口455.4.2 逻辑电平转换455.4.3 串口波特率的匹配465.4.4 串行通信的软件设计465.4.5 串口的设置485.4.6 小结485.5 测试运行结果48第六章 总结516.1 主要工作回顾516.2 本课题今后需进一步研究的地方51致谢52参考文献53附录A 源程序55个人简历 在读期间发表的学术论文60主要符号说明主要符号说明U 电压；I 电流；B 磁感应强度；Ki 并联桥臂均流系数； 各并联支路的电流之和；IM 通过最大电流支路的电流。Ku 串联支路均压系数； 支路串联组件的电压(V)；UM 承受最大电压组件的电压(V)；URRM 反向重复峰值电压；IRRM
12、 反向重复峰值电流；UFM 正向通态电压；IFM 正向通态电流；E H 霍尔电势；KH 霍尔组件灵敏度； 采样/保持器的捕捉时间； 采样/保持器的设定时间； A/D转换的时间；FFT 快速傅立叶变换。第一章 绪论第一章 绪论1.1 前言电力机车的牵引动力是电能，但与内燃机车不同，电力机车本身没有原动力，是依靠外部供电系统供应电力，并通过机车上的整流柜将受电弓从接触网上取得的交流的电转换成直流，由牵引电动机驱动列车前进。由电力机车实施的牵引运行称为电力牵引，电力牵引具有功率大、效率高、过载能力强、运营费用低、司机劳动条件好、不污染环境等一系列优点。电力机车主要由车体、车底架、走行部、车钩缓冲装置
13、制动装置和一整套电气设备等组成。除电气设备外，其余部分都同交直流电力传动内燃机车相似。电力机车的硅整流装置是电力机车上的关键部件之一。由大功率整流二极管和晶闸管及其附件组成桥式整流电路。其功能是把来自牵引变压器副边绕组的交流电整流为直流电，供给牵引电动机使用，同时兼有调压开关级间平滑调压的作用。机车在满负荷运行的时候，整流装置处于高电压、大电流的状态之下，整流柜主整流组件很容易出现击穿、烧损、放炮等故障，从而导致硅整流装置出现短路，断路等故障，进而将直接导致机车故障而中断运输，这不仅干扰了正常的运输秩序，影响运用机车运输，给运输安全也带来了隐患，而且由于大量更换组件使检修成本上升，造成了经济损
14、失。大功率晶闸管和硅整流管是构成硅整流装置即硅机组的基本组件，而大功率晶闸管和硅整流管组件的性能又决定了整流柜的性能。因此，测试它们的基本特性，合理地选配组件，将有助于提高机车运行的可靠性。所以我国电力机务段对电力机车上的硅机组(硅整流装置)在进行段修后，需按检修规程要求，进行均压和均流试验，以检查硅机组的均压和均流情况是否符合规程的要求。3,41.2 整流柜的均压与均流1.2.1 电力电子器件串联时的均压对于电力机车的整流柜, 为了提高整流柜的电压等级, 电力半导体器件(二极管、晶闸管)的串并联是很常见的。多个串联的电力半导体器件由于其反向特性存在差异, 当加上正向或反向电压时,各个管子所承
15、受的正、反向电压也就不同。对于整流二极管而言,承受正向电压就会导通；但在承受反压时,承受过大反向电压的管子有可能被击穿,而其它管子的电压则利用不充分。而对于串联工作的晶闸管来说,由于正向阻断特性的差异,在加上正向电压但没有给门极触发脉冲时,串联的晶闸管之间所承受的正向电压也是不同的。过大的正向电压有可能使对应的晶闸管正向导通或者损坏,这是电路中所不能允许的。为了使串联的电力半导体器件承受的电压分配均匀,必须对其进行均压。按照电力机车的检修规程，必须保证硅机组的均压系数在0.95以上。1.2.2 电力电子器件并联时的均流对于电力机车整流柜,通常用并联多个电力电子器件的方法来提高整流柜的电流等级。多个电力电子器件并联时,由于受并联支路阻抗差异的影响及器件通态伏安特性(可控器件还有触
