專利名稱：一種列車接觸網供電電源控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于列車供電電源系統(tǒng)控制裝置，特別是一種電氣鐵路上的通過接觸網取電的列車供電電源系統(tǒng)控制裝置。
背景技術：
目前大型養(yǎng)路機械已成為我國鐵路養(yǎng)護維修的主要力量，每天都有機械化施工隊活躍在萬里鐵道線上，這些施工隊常年在野外作業(yè)，戰(zhàn)嚴寒，斗酷暑，為我國鐵路的發(fā)展，特別是為近幾年鐵路的提速做出了巨大貢獻。但這些在野外作業(yè)的施工隊生活條件卻十分艱苦，不方便，其中很重要的一一項就是宿營車用電很不方便。機械化施工隊的宿營列車一般都是從沿途的停靠站上取電，由水電段負責，而宿營列車在每一站停靠的時間都很短，水電段必須頻繁到施工隊接電。而且這些沿途?？空疽话愣际切≌荆≌旧献儔浩魅萘慷急容^小，無法向宿營列車提供比較大容量的電，所以宿營列車都帶有自備的柴油發(fā)電機組，在很多時候，特別是在夏季和冬季使用空調時候一般都由柴油發(fā)電機組向宿營列車供電。由柴油發(fā)電機組發(fā)電消耗了大量柴油，發(fā)電機組發(fā)出的噪音也對施工隊員和周圍居民造成了干擾，另外柴油發(fā)電組的容量也不大，車上很多用電設備如電磁灶、電淋浴器、電冰箱等無法使用。
技術內容考慮到目前我國鐵路電氣化的里程每年都以很高的速度在增加，各主要干線已基本電氣化，今后電氣化鐵路將越來越多，本發(fā)明的目的旨在為經常在電氣化區(qū)間作業(yè)的機械化施工隊的宿營列車上配備的能直接從接觸網取電的列車接觸網供電電源控制裝置，它控制電路采樣網壓值，根據網壓的變化導通相應的晶閘管，輸出220伏±10％的電壓。
它包括微處理器1、電壓電流信號反饋放大電路2、故障中斷產生電路3、中斷源擴展電路4、同步信號鎖相分頻電路5、開關脈沖觸發(fā)電路6、充電脈沖觸發(fā)電路7、脈沖保護電路8、充電移相脈沖輸出電路19、低位地址鎖存電路9、外圍存儲器10、故障顯示電路11、復位電路12直流供電電路20；其中所述的復位電路12與微處理器1的復位端口RST相連；從列車接觸網供電電源主電路板檢測到的原邊電壓、原邊電流、副邊電壓、副邊電流、充電電壓、充電電流信號經電壓電流信號反饋放大電路2放大整流處理成0-5V有效電壓信號后分別輸入至微處理器1的A/D轉換端口和故障中斷產生電路3，同時經故障中斷產生電路3濾波放大后，產生六路中斷信號輸入至中斷源擴展電路4，并由中斷源擴展電路4產生一個中斷信號送入至微處理器1的外中斷輸入端口；所述同步信號鎖相分頻電路5與開關脈沖觸發(fā)電路6相連，該同步信號鎖相分頻電路5的同步信號整流電路和有源濾波電路將主電路板從接觸網檢測出的不規(guī)則的正弦波信號整形為工整的方波信號，并經4046鎖相環(huán)鎖相和外圍電路分頻，產生一個38.4KHZ的高頻脈沖序列作為單片機的外部輸入的時鐘信號，同時該脈沖序列還送至充電移相脈沖輸出電路19，所述充電移相脈沖輸出電路19與微處理器1的HSO輸出信號相連，充電移相脈沖輸出電路19與充電脈沖觸發(fā)電路7相連；該充電脈沖觸發(fā)電路7的輸出脈沖信號送至主電路板充電電路的晶閘管開關電路組控制其導通和關閉；所述微處理器1的P1端口控制信號數據總線輸出至開關脈沖觸發(fā)電路6，該開關脈沖觸發(fā)電路6產生的一個導通信號輸出至主電路板中的晶閘管開關電路組，使其中的一路開關導通；還包括一個脈沖保護電路8，該脈沖保護電路8由一個GAL(可編程邏輯器件)和一個集電極開路的門電路7407串聯(lián)后與一個非門74LS04并聯(lián)而構成；P1的P1.0-P1.5信號輸入至GAL和74LS04的輸入端，GAL將采樣P1口的電平值，編譯輸出最多一路的有效信號送至7407的輸入口，只有當74LS04和7407的輸出均為高電平時，脈沖觸發(fā)電路7才輸出一個觸發(fā)導通信號至主電路板；微處理器1的P3口與低位地址鎖存電路9通過總線相連，P4口與外圍存儲器10通過總線相連，低位地址鎖存電路9與外圍存儲器10相連；所述外圍存儲器10與故障顯示電路11通過數據總線相連，故障顯示電路11的故障顯示信號輸出至主電路板，去控制故障顯示電路的信號燈顯示；所述直流供電電路20，由蓄電池及其外圍電路構成，該蓄電池的正、負110V電壓經直流變換后輸出正、負5V，正、負15V，正、負24V和正、負48V直流電源供各部分電路使用。
圖1為本實用新型原理框圖；圖2為微處理器及存儲電路部分主要電路原理圖；圖3為同步鎖相分頻及脈沖觸發(fā)、脈沖保護電路原理圖；圖4為直流供電電路原理圖；圖5為脈沖保護電路原理示意圖；圖6為故障中斷產生電路原理圖。
具體實施方式
如圖1-6所示，其中
微處理器1為80C196KC單片機，所述低位地址鎖存電路9由74LS244和74LS373組成，所述外圍存儲器10由EPROM27256和RAM6116及其外圍電路構成。
同步信號鎖相分頻電路5包括運算放大器A8、A9、N7、N8及其外圍電路，所述開關脈沖觸發(fā)電路6包括N4、N6、N9、N10、N11及其外圍電路，其中N4為74LS74，N11為74LS74，A8為OP-07，A9為LM139。
同步信號鎖相分頻電路5的同步信號整流電路采用了有源濾波電路，將接觸網不很規(guī)則的正弦波信號整形為工整的方波信號，保證了控制電路可以很準確的捕捉到過零點。鎖相分頻電路同步信號經過整形電路后，通過4046鎖相環(huán)鎖相和外圍電路分頻，產生一個38.4KHZ的高頻脈沖序列，這個脈沖序列作為單片機的外部輸入的時鐘信號，不但將與單片機P1口的控制信號(負邏輯有效)共同作用來導通晶閘管組，而且它也給蓄電池充電提供了一個比較精確的充電相應角，使蓄電池電路晶閘管的觸發(fā)精度可以控制在0.5°電角度內，外圍分頻電路產生每一個周期6個同步中斷信號送入到1的高速輸入口HSI0中，頻率是同步信號頻率(也相當于接觸網電壓信號頻率)的6倍。
直流供電路中蓄電池的正、負110V直流電壓分別經保險盒FUSE1、FUSE2、FUSE3輸入至直流變換器CONVERT1、CONVERT2、CONVERT3，形成正、負5V，正、負15V，正、負24V和正、負48V直流電源輸出至所需各電路。
微處理器1根據故障發(fā)生的情況將控制信號輸入至故障狀態(tài)顯示電路11，經過光耦驅動相應的繼電器動作，點亮故障信號顯示燈。
故障中斷產生電路3由六路相同結構的濾波放大電路構成，從電壓電流信號反饋放大電路2輸入的原邊電壓、原邊電流、副邊電壓、副邊電流、充電電壓、充電電流信號六路信號分別經由LM148及其外圍電路構成的濾波放大電路處理后，分別得到六路中斷信號，即電流中斷信號(PCURRENTINT)、原邊電壓中斷信號(PVOLTAGE INT)、副邊電流中斷信號(SCURRENT INT)、副邊電壓中斷信號(SVOLTAGE INT)、充電電壓中斷信號(CHARGV INT)和充電電流中斷信號(CHARGI INT)。
中斷源擴展電路4由N15構成，經故障中斷產生電路3輸入的六路中斷信號，即電流中斷信號(PCURRENT INT)、原邊電壓中斷信號(PVOLTAGE INT)、副邊電流中斷信號(SCURRENT INT)、副邊電壓中斷信號(SVOLTAGE INT)、充電電壓中斷信號(CHARGV INT)和充電電流中斷信號(CHARGI INT)輸入至該N15的輸入端，其輸出端與微處理器1的外部中斷源輸入端口相連，該N15是一種當任一輸入信號為高電平時輸出一個高電平的可編程邏輯器件GAL16V80。
復位電路12由N13即CD4023和N14即74CS123及其外圍電路構成。
因此，宿營車列車接觸網供電電源主要分為主電路和控制裝置兩部分，主電路從高壓變壓器引出5路電壓，使用同步變壓器采樣同步信號送入控制電路，同時給蓄電池充電；本實用新型的列車接觸網供電電源控制裝置以80C196KC為核心，它主要的功能有實現多路晶閘管的轉換，蓄電池充電以及故障的判斷和處理辦法。
80C196KC是一種高性能的16位單片機。EPROM27256則保證控制程序可以根據實際要求得到大空間的擴展，外圍數據存儲器則可有效地擴展數據空間，保持所存儲的數據。
80C196KC的復位周期維持幾個狀態(tài)周期，復位信號由斯密特觸發(fā)器CD4023產生送入80C196KC的/RESET引腳上。
脈沖放大電路，導通晶閘管和蓄電池充電的脈沖列通過脈沖觸發(fā)電路輸出到主電路，為了確保主電路上晶閘管組在任何時候最多只導通一路，硬件加了一級保護，CPU的P1口發(fā)出五路開關信號狀態(tài)，由GAL譯碼，如果CPU的P1[1∶5]有兩路低電平信號，則GAL將關閉所有的5路輸出，杜絕了同時導通兩路或兩路以上的晶閘管的可能。
7407是集電極開路的同相器，只有7407和74LS04輸出均為高電平(大于1伏)時，導通信號才有效。
故障產生處理故障產生由兩種情況一種是由硬件產生外部中斷，另一種由軟件檢測判斷，過壓過流故障由外部中斷產生；原邊副邊欠壓由軟件判斷，所有的的故障情況在電源柜的控制面板上都有相應的故障指示燈顯示，原邊副邊故障排除后，系統(tǒng)等待100秒恢復工作，充電過壓過流故障排除后，系統(tǒng)等待20秒恢復工作。
控制邏輯的其他要求在晶閘管開關正常工作時，只允許一個開關投入(接通)，其余開關均處于封鎖狀態(tài)，避免主電路的變壓器二次繞組短路故障；當檢測到電網電壓超過30KV和低于19KV時，發(fā)出超壓或欠壓信號，提示用戶注意網壓已經達到臨界狀態(tài)；當高于30.5KV時，保護裝置動作，1秒鐘內實行緊急降下受電弓而切斷電源；當輸出負載電流過載達到額定值(363A)的1.4倍時，快速封鎖全部晶閘管開關。當發(fā)生重大故障時，封鎖全部晶閘管開關，并迅速緊急降下受電弓；裝置正常投入的順序是合控制電源開關，使控制裝置正常工作起來；裝置就能根據電網電壓的變化正常運行。
本裝置可以精確地網壓的變化導通主電路中相應的晶閘管，使列車接觸網供電電源系統(tǒng)提供穩(wěn)定的交流電，并控制蓄電池的恒流、恒壓充電，同時判斷故障并進行響應，具有準確、可靠的特點，且智能化程度高。
權利要求1.一種列車接觸網供電電源控制裝置，其特征在于它包括微處理器(1)、電壓電流信號反饋放大電路(2)、故障中斷產生電路(3)、中斷源擴展電路(4)、同步信號鎖相分頻電路(5)、開關脈沖觸發(fā)電路(6)、脈沖觸發(fā)電路(7)、脈沖保護電路(8)、低位地址鎖存電路(9)、外圍存儲器(10)、故障顯示電路(11)、復位電路(12)直流供電電路(20)；其中所述的復位電路(12)與微處理器(1)的復位端口(RST)相連；從列車接觸網供電電源主電路板檢測到的原邊電壓、原邊電流、副邊電壓、副邊電流、充電電壓、充電電流信號經電壓電流信號反饋放大電路(2)放大整流處理成0-5V有效電壓信號后分別輸入至微處理器(1)的A/D轉換端口和故障中斷產生電路(3)，同時經故障中斷產生電路(3)濾波放大后，產生六路中斷信號輸入至中斷源擴展電路(4)，并由中斷源擴展電路(4)產生一個中斷信號送入至微處理器(1)的外中斷輸入端口；所述同步信號鎖相分頻電路(5)與開關脈沖觸發(fā)電路(6)相連，該同步信號鎖相分頻電路(5)的同步信號整流電路和有源濾波電路將主電路板從接觸網檢測出的不規(guī)則的正弦波信號整形為工整的方波信號，并經4046鎖相環(huán)鎖相和外圍電路分頻，產生一個38.4KHZ的高頻脈沖序列作為單片機的外部輸入的時鐘信號，同時該脈沖序列還送至充電移相脈沖輸出電路(19)，所述充電移相脈沖輸出電路(19)與微處理器(1)的HSO輸出信號相連，充電移相脈沖輸出電路(19)與充電脈沖觸發(fā)電路(7)相連；該充電脈沖觸發(fā)電路(7)的輸出脈沖信號送至主電路板充電電路的晶閘管開關電路組控制其導通和關閉；所述微處理器(1)的P1端口控制信號數據總線輸出至脈沖觸發(fā)電路(6)，該脈沖觸發(fā)電路(6)產生的一個導通信號輸出至主電路板中的晶閘管開關電路組，使其中的一路開關導通；還包括一個脈沖保護電路(8)，該脈沖保護電路(8)由一個GAL和一個集電極開路的門電路7407串聯(lián)后與一個非門74LS04并聯(lián)而構成；P1的P1.0-P1.5信號輸入至GAL和74LS04的輸入端，GAL將采樣P1口的電平值，編譯輸出最多一路的有效信號送至7407的輸入口，只有當74LS04和7407的輸出均為高電平時，脈沖觸發(fā)電路(7)才輸出一個觸發(fā)導通信號至主電路板；微處理器(1)的P3口與低位地址鎖存電路(9)通過總線相連，P4口與外圍存儲器(10)通過總線相連，低位地址鎖存電路(9)與外圍存儲器(10)相連；所述外圍存儲器(10)與故障顯示電路(11)通過數據總線相連，故障顯示電路(11)的故障顯示信號輸出至主電路板，去控制故障顯示電路的信號燈顯示；所述直流供電電路(20)，由蓄電池及其外圍電路構成，該蓄電池的正、負110V電壓經直流變換后輸出正、負5V，正、負15V，正、負24V和正、負48V直流電源供各部分電路使用。
2.如權利要求1所述的一種列車接觸網供電電源控制裝置，其特征在于所述微處理器(1)為80C196KC單片機，所述低位地址鎖存電路(9)由74LS244和74LS373組成，所述外圍存儲器(10)由EPROM27256和RAM6116及其外圍電路構成。
3.如權利要求1所述的一種列車接觸網供電電源控制裝置，其特征在于所述同步信號鎖相分頻電路(5)包括運算放大器A8、A9、N7、N8及其外圍電路，所述開關脈沖觸發(fā)電路(6)包括N4、N6、N9、N10、N11及其外圍電路，其中N4為74LS74，N11為74LS74，A8為OP-07，A9為LM139。
4.如權利要求1所述的一種列車接觸網供電電源控制裝置，其特征在于所述直流供電路中蓄電池的正、負110V直流電壓分別經保險盒FUSE1、FUSE2、FUSE3輸入至直流變換器CONVERT1、CONVERT2、CONVERT3，形成正、負5V，正、負15V，正、負24V和正、負48V直流電源輸出至所需各電路。
5.如權利要求1所述的一種列車接觸網供電電源控制裝置，其特征在于所述復位電路(12)由N13即CD4023和N14即74CS123及其外圍電路構成。
6.如權利要求1所述的一種列車接觸網供電電源控制裝置，其特征在于所述故障中斷產生電路(3)由六路相同結構的濾波放大電路構成，從電壓電流信號反饋放大電路(2)輸入的原邊電壓、原邊電流、副邊電壓、副邊電流、充電電壓、充電電流信號六路信號分別經由LM148及其外圍電路構成的濾波放大電路處理后，分別得到六路中斷信號原邊，即電流中斷信號(PCURRENT INT)、原邊電壓中斷信號(PVOLTAGE INT)、副邊電流中斷信號(SCURRENT INT)、副邊電壓中斷信號(SVOLTAGE INT)、充電電壓中斷信號(CHARGV INT)和充電電流中斷信號(CHARGI INT)。
7.如權利要求1所述的一種列車接觸網供電電源控制裝置，其特征在于所述中斷源擴展電路(4)由N15構成，經故障中斷產生電路(3)輸入的六路中斷信號，即電流中斷信號(PCURRENT INT)、原邊電壓中斷信號(PVOLTAGE INT)、副邊電流中斷信號(SCURRENT INT)、副邊電壓中斷信號(SVOLTAGE INT)、充電電壓中斷信號(CHARGV INT)和充電電流中斷信號(CHARGI INT)輸入至該N15的輸入端，其輸出端與微處理器(1)的外部中斷源輸入端口相連，該N15是一種當任一輸入信號為高電平時輸出一個高電平的可編程邏輯器件GAL16V80。
專利摘要一種列車接觸網供電電源控制裝置，包括微處理器1、電壓電流信號反饋放大電路2、故障中斷產生電路3、中斷源擴展電路4、同步信號鎖相分頻電路5、開關脈沖觸發(fā)電路6、充電脈沖觸發(fā)電路7、脈沖保護電路8、充電移相脈沖輸出電路19、低位地址鎖存電路9、外圍存儲器10、故障顯示電路11、復位電路12直流供電電路20；它可以精確地網壓的變化導通主電路中相應的晶閘管，使列車接觸網供電電源系統(tǒng)提供穩(wěn)定的交流電，并控制蓄電池的恒流、恒壓充電，同時判斷故障并進行響應，具有準確、可靠的特點，且智能化程度高。
文檔編號B60M3/00GK2571623SQ02277308
公開日2003年9月10日 申請日期2002年9月20日 優(yōu)先權日2002年9月20日
發(fā)明者馬世宏, 徐景秋, 李春陽 申請人:株洲時代電子技術有限公司