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5電壓傳感器在智能排流柜中的應(yīng)用
由于智能排流柜在原理上有別于手動(dòng)排流柜，對傳感器的要求也提出了新的問題。以下是智能排流柜的簡單原理圖。  圖二：智能排流柜原理
智能排流柜在手動(dòng)排流柜電路的基礎(chǔ)上增加了由IGBT與R2組成的斬波調(diào)阻單元，調(diào)阻的目的是調(diào)節(jié)排流電流。通過控制IGBT的觸發(fā)脈沖寬度，即調(diào)節(jié)觸發(fā)信號占空比，使回路電阻在觸發(fā)脈沖的一個(gè)周期內(nèi)，高電平階段IGBT導(dǎo)通，這時(shí)，在忽略各器件內(nèi)阻的情況下，回路電阻為R1，在低電平階段，IGBT關(guān)斷，此時(shí)回路電阻為R1+R2。當(dāng)觸發(fā)脈沖占空比在0-100%變化時(shí)，回路電阻可在R1—（R1+R2）之間變化。如果設(shè)排流網(wǎng)與整流器負(fù)極之間電壓為U,該回路電流即在U/(R1+R2)與U/R1之間變化。而U是一個(gè)變化的值，系統(tǒng)根據(jù)傳感器對該值取樣，將電流輸出信號通過取樣電阻，再經(jīng)過放大處理，調(diào)節(jié)，與系統(tǒng)設(shè)定電壓值比較，根據(jù)兩者比較的差值來控制IGBT的導(dǎo)通占空比，形成一個(gè)閉環(huán)控制回路。以下是這個(gè)閉環(huán)的工作原理。
U>設(shè)定值時(shí)：U升高à差值增加à占空比升高àU降低
U>設(shè)定值時(shí)：U降低à差值減小à占空比減小àU升高
當(dāng)電壓傳感器輸出值大于系統(tǒng)設(shè)定值時(shí)，根據(jù)運(yùn)算放大器輸出兩者差值來控制PWM生成電路生產(chǎn)觸發(fā)脈沖。差值越大，脈沖占空比越大。當(dāng)差值大于3.3V時(shí)，占空比為100%，電流全部流過IGBT。此時(shí)回路電阻為最小值R1,回路電流達(dá)到最大值U/R1。經(jīng)過一定時(shí)間的排流，由于排流網(wǎng)上聚集的電荷量在逐漸減少，傳感器輸出的電壓值也逐漸變小。導(dǎo)致差值減小，占空比逐漸較小直到IGBT關(guān)斷。
該裝置同樣選用了LEM電壓傳感器，型號為AV100-125。與手動(dòng)排流柜所用電壓傳感器不同的是，前者用于開環(huán)電路，只是對回路電壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，不參與控制。而后者的輸出信號要參與系統(tǒng)控制。并且要考慮在工況異常狀況下，比如當(dāng)出現(xiàn)雷擊過電壓或操作過電壓等故障時(shí)要封閉IGBT觸發(fā)脈沖，對IGBT進(jìn)行保護(hù)。因此對傳感器的響應(yīng)時(shí)間提出了較高要求。該型電壓傳感器響應(yīng)時(shí)間僅10-13μS。通過試驗(yàn)，其精度、線性度、零點(diǎn)失調(diào)電流、響應(yīng)時(shí)間等參數(shù)都達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。
6 電流變送器的選擇
智能排流柜在運(yùn)行過程中，當(dāng)IGBT導(dǎo)通時(shí)，實(shí)際通過支路的電流性質(zhì)為脈寬可調(diào)，頻率不變的脈沖直流，即對標(biāo)準(zhǔn)直流的斬波。而裝置需要實(shí)時(shí)顯示每一路電流值。因?yàn)殡娏鱾鞲衅鞯妮敵鍪墙茖?shí)時(shí)跟隨原邊電流，故如果選用電流傳感器，在數(shù)顯表頭上顯示出的值畢竟是一個(gè)不斷跳動(dòng)的值，不能反映支路電流的真實(shí)值；也失去了電流顯示的意義。因此，要想完成實(shí)時(shí)顯示排流電流的功能，必須使傳感器的輸出為一穩(wěn)定值，且真正反映電流的真實(shí)值。在不改變其它電路的前提下，必須選用電流變送器。
電流變送器即是在電流傳感器的基礎(chǔ)上增加了真有效值電路或平均值電路，使輸出保持穩(wěn)定。對于標(biāo)準(zhǔn)直流電斬波形成的脈沖電流的檢測，要求輸出穩(wěn)定電壓的電流變送器。通過廣泛的市場調(diào)研，目前我們擬選用LEM公司生產(chǎn)的電流變送器。
7 結(jié)束語
源自瑞士的LEM，是國際知名的跨國公司，是霍爾電量傳感器領(lǐng)域的先驅(qū)和發(fā)明者，在業(yè)界以電流、電壓傳感器的行業(yè)開拓者及革新者的權(quán)威地位而著稱。也正因于此，我們在兩種型號的排流柜研制過程中皆選用其產(chǎn)品。LEM的傳感器與排流柜一起經(jīng)受了現(xiàn)場近兩年的運(yùn)行考驗(yàn)，裝置目前運(yùn)行狀態(tài)良好。從而證明了其產(chǎn)品的優(yōu)良性能和高可靠性的特點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)：
[1] 鐵路專用選型手冊 電量隔離傳感器 北京萊姆電子有限公司，2003年5月
作者簡介：李 鋒（1978- ），男，工程師，從事地鐵地面設(shè)備產(chǎn)品研究與開發(fā)。
李寶恩（ ），男，高級工程師，長期從事電氣自動(dòng)化系統(tǒng)研究
路春蓮（1979- ），女，助理工程師，從事地鐵地面設(shè)備產(chǎn)品開發(fā)
中國北車集團(tuán)永濟(jì)電機(jī)廠
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