一種機車變壓器諧振頻率檢測方法及裝置制造方法
【專利摘要】一種機車變壓器諧振頻率檢測方法及裝置，包括掃頻分析儀、取樣電阻、電腦，其中掃頻分析儀包括信號發生器，高速采集卡，掃頻分析儀的輸出端口Vs直接與輸入端口Va連接，高速采集卡采集輸入端口Va的頻率、電壓和相位信號作為第一個參考信號；取樣電阻與掃頻分析儀的輸入端口Vb連接，高速采集卡采集輸入端口Vb的頻率、電壓和相位信號作為第二個參考信號，掃頻分析儀與電腦連接，將高速采集卡采集的第一個參考信號和第二個參考信號都輸入到電腦中，通過電腦中的軟件找出變壓器的諧振頻率。本發明裝置簡易，方便攜帶，能快速、準確的檢測出變壓器的諧振頻率。
【專利說明】一種機車變壓器諧振頻率檢測方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及高鐵機車牽引系統的安全防范，具體涉及影響牽引系統的安全運行的變壓器諧振頻率檢測的方法及裝置。
【背景技術】
[0002]機車變壓器是用于高鐵牽引系統的核心部件，變壓器后端接濾波電抗器、變流器等負載。來自牽引變流器的諧波激勵，變壓器產生的諧振效應，改變了變壓器的輸入、輸出阻抗特性和帶負載能力，造成整個牽引系統對變流器的不匹配，危害整個牽引系統的安全運行。
[0003]針對上述情況，研制出的機車變壓器，出廠前試驗驗證，確定其諧振頻率點。整體牽引系統工作頻率范圍必須避開變壓器、電抗器、變流器等核心部件的諧振點，從而避免變壓器運行過程中產生諧振，確保機車牽引系統的安全運行。
[0004]由以上所述，如何提供一種檢測方法和裝置，以實現對機車變壓器諧振頻率點的測量，從而避免變壓器運行過程中產生諧振的，確保機車牽引系統的安全運行。成為本領域技術人員亟需解決的技術問題。
[0005]通過國內檢索發現以下專利與本發明有相似之處:
申請號為201410282756.X，名稱為“交流電氣化鐵道牽引網阻抗頻率特性測試裝置”的發明。此發明提供了一種交流電氣化鐵道牽弓I網阻抗頻率特性測試裝置，由降壓變壓器TP、諧波源HS、監控裝置MC、電壓傳感器TV、電流傳感器TA構成。監控裝置MC控制諧波源HS發出諧波電流，通過降壓變壓器TP原邊繞組注入到牽引網中；電壓傳感器TV、電流傳感器TA分別檢測接觸網T和鋼軌G之間諧波電壓和向牽弓I網注入的諧波電流，監控裝置MC接收電壓傳感器TV和電流傳感器TA的輸出信號，完成諧波阻抗計算。在接觸網通電情況下即可通過調整諧波源發出電流的頻率和幅值，獲得牽引網的阻抗頻率特性，進而得到諧振頻率。此發明可用于新建電氣化鐵路的聯調聯試，也可用于既有線路，為解決諧振問題、保障供電安全提供技術支持。
[0006]申請號為201310219729.3，名稱為“工頻調感諧振裝置及其調頻判斷工頻串聯諧振狀態的方法”的發明。此發明公開了一種工頻調感諧振裝置及其調頻判斷工頻串聯諧振狀態的方法，包括變頻控制電源，為勵磁變壓器一次側提供電壓，勵磁變壓器二次側通過一高壓可調電抗器連接至被檢測試品；還包含一與變頻控制電源連接的電壓采集單元，變頻控制電源根據采集到的電壓信號，給出信號驅動電感電動調節機構調節高壓可調電抗器，使整個系統在工頻下諧振。此方法采用變頻電源，當電抗器調節好以后，通過在低壓下自動諧振的方式來尋找諧振點，比較諧振頻率點與頻率點50Hz的差異來判斷諧振情況，指出電抗器氣隙的調節量和方向，能快速判斷諧振狀態和快速實現工頻諧振，便于實現電壓互感器現場校驗時的工頻諧振升壓，提高了勞動生產效率，具有良好的應用前景。
[0007]雖然以上2個專利都是尋找諧振頻率的方法及裝置但在結構和原理上都與本發明有較大的不同。
【發明內容】
[0008]本發明要解決的技術問題是:如何針對變壓器產生的諧振效應會影響到牽引系統的安全運行，提出一種有效的變壓器諧振頻率檢測的方法及裝置，以實現對變壓器諧振點的檢測。
[0009]針以上述問題，本發明提出的技術方案是:一種機車變壓器諧振頻率檢測的方法及裝置，包括掃頻分析儀、取樣電阻、電腦，其中掃頻分析儀包括信號發生器，高速采集卡，掃頻分析儀的輸出端口 Vs直接與輸入端口 Va連接，高速采集卡采集輸入端口 Va的頻率、電壓和相位信號作為第一個參考信號；取樣電阻與掃頻分析儀的輸入端口 Vb連接，高速采集卡采集輸入端口 Vb的頻率、電壓和相位信號作為第二個參考信號，掃頻分析儀與電腦連接，將高速采集卡采集的第一個參考信號和第二個參考信號都輸入到電腦中，通過電腦中的軟件找出變壓器的諧振頻率。
[0010]進一步地，掃頻分析儀中的信號發生器與輸出端口 Vs相連，使得輸出端口 Vs能輸出0.05kHz-lMHz的頻率及10Vp-p的電壓。
[0011]進一步地，掃頻分析儀輸出端口 Vs直接與輸入端口 Va連接，使得輸入端口 Va的頻率、電壓和相位總是與輸出端口 Vs的頻率、電壓和相位相同，將輸入端口 Va的頻率、電壓和相位信號作為第一個參考信號輸入到電腦中。
[0012]進一步地，取樣電阻有2個，根據變壓器的阻抗大小來選擇將取樣電阻a或取樣電阻b連接到電路中。
[0013]進一步地，變壓器次級線圈與取樣電阻連接，取樣電阻與掃頻分析儀的輸入端口Vb連接，高速采集卡采集輸入端口 Vb的頻率、電壓和相位信號作為第二個參考信號輸入到電腦中。
[0014]進一步地，掃頻分析儀與電腦連接，掃頻分析儀的高速采集卡從輸入端口 Va和輸入端口 Vb采集到的頻率、電壓和相位信息傳輸到電腦中進行處理。
[0015]進一步地，檢測變壓器諧振頻率時，保持掃頻分析儀的信號發生器的輸出電壓不變，將頻率從0.05kHz逐漸增加直至IMHz，通過電腦軟件比對輸入端口 Va的頻率、電壓和相位信息與輸入端口 Vb的頻率、電壓和相位信息找到變壓器的諧振頻率。
[0016]一種機車變壓器諧振頻率檢測的裝置，掃頻分析儀的輸出端口 Vs直接與輸入端口 Va連接，輸入端口 Va與變壓器初級線圈連接。變壓器次級線圈與取樣電阻連接，取樣電阻與掃頻分析儀的輸入端口 Vb連接，掃頻分析儀還與電腦連接。
[0017]進一步地，掃頻分析儀的輸出端口 Vs直接與輸入端口 Va連接，輸入端口 Va與變壓器初級線圈連接，使得輸入端口 Va的頻率、電壓和相位信號能形成第一個參考信號輸入到電腦中。
[0018]進一步地，變壓器次級線圈與取樣電阻連接，取樣電阻與掃頻分析儀的輸入端口Vb連接，使得輸入端口 Vb的頻率、電壓和相位信號能形成第二個參考信號輸入到電腦中。
[0019]本發明的優點是:
1.能快速、準確的檢測出變壓器的諧振頻率，使得整體牽引系統工作頻率范圍避開變壓器的諧振頻率，防止變壓器產生諧振，從而確保牽引系統安全可靠的運行；
2.裝置簡易，方便攜帶，使用范圍廣，可適合各類變壓器諧振頻率檢測； 3.檢測方法簡單，操作簡易，檢測過程中對變壓器無任何損傷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明的連接示意圖；
圖中:1掃頻分析儀、11輸出端口 Vs、12輸入端口 Va、13輸入端口 Vb、2變壓器、21初級線圈、22次級線圈、31取樣電阻a、32取樣電阻b、4屏蔽通訊電纜、5電腦。
【具體實施方式】
[0021]下面結合實施例和附圖對本發明做一步的描述:
實施例一
如圖1所示，掃頻分析儀I輸出端口 Vsll直接與輸入端口 Val2連接，輸入端口 Val2與變壓器2初級線圈21連接，變壓器2次級線圈22與取樣電阻連接，取樣電阻與掃頻分析儀I的輸入端口 Vbl3連接，掃頻分析儀I還與電腦5連接。為了有效的阻止電磁輻射干擾，降低信號傳輸的誤碼率，上述連接都是采用屏蔽通訊電纜4進行連接的。
[0022]掃頻分析儀I內有信號發生器，高速采集卡(在圖中未畫出)，所述信號發生器與輸出端口 Vsll相連，能輸出0.05kHz-lMHz的頻率及10Vp-p的電壓。由于輸出端口 Vsll直接與輸入端口 Val2連接，所以輸入端口 Val2的頻率、電壓和相位總是與輸出端口 Vsll的頻率、電壓和相位相同。所述高速采集卡采集輸入端口 Val2的頻率、電壓和相位信號作為第一個參考信號。
[0023]變壓器2次級線圈22與取樣電阻連接，由于在阻抗匹配的情況下能提高變壓器2的傳輸效率，所以要根據變壓器2的阻抗大小來選擇將取樣電阻a31連接到電路中還是將取樣電阻b32連接到電路中。本實施例中取樣電阻a31采用的是0.2Ω的鉬電阻，取樣電阻b32采用的是0.5Ω的鉬電阻。
[0024]取樣電阻a31或取樣電阻b32與掃頻分析儀I的輸入端口 Vbl3連接，由于電壓器的初級線圈21和次級線圈22的匝數是固定不變的，所以輸入端口 Vbl3的電壓值由輸出端口 Vsll的電壓和頻率決定。而輸入端口 Vbl3的相位則由變壓器2的連接方式及輸出端口Vsll的頻率決定。如果此時僅改變輸出端口 Vsll的頻率，那么輸入端口 Vbl3的頻率、電壓和相位都會隨著輸出端口 Vsll的頻率的變化而發生變化。當然，輸入端口 Vbl3的頻率總是跟輸出端口 Vsll的頻率是相同的。高速采集卡采集輸入端口 Vbl3的頻率、電壓和相位信號作為第二個參考信號。
[0025]本發明所用的電腦5通常是筆記本電腦5，掃頻分析儀I中的高速采集卡與筆記本電腦5連接，筆記本電腦5中裝有對頻率、電壓和相位信號等內容進行分析處理的軟件，檢測變壓器諧振頻率時，保持掃頻分析儀I的信號發生器的輸出電壓不變，將頻率從0.05kHz逐漸增加直至1MHz。高速采集卡會將此過程中采集到的輸入端口 Val2的頻率、電壓和相位信號與采集的輸入端口 Vbl3的頻率、電壓和相位信號都輸入到電腦5中。
[0026]上述的電腦軟件能提供頻率與電壓的特征圖，以及頻率與相位的特征圖。當觀察頻率與電壓的特征圖時，頻率的數值在電腦5的顯示器上用X軸表示，電壓的值用Y軸表示。由于輸入端口 Val2的頻率和輸入端口 Vbl3的頻率始終保持同步，因此在電腦5的顯示器上能看到頻率從0.05kHz逐漸增加直至IMHz過程中，輸入端口 Val2與輸入端口 Vbl3在每一個相同的頻率點所對應的電壓值。
[0027]當觀察頻率與相位的特征圖時，頻率的數值在電腦5的顯示器上用X軸表示，相位的值用Y軸表示。由于輸入端口 Val2的頻率和輸入端口 Vbl3的頻率始終保持同步，因此在電腦5的顯示器上能看到頻率從0.05kHz逐漸增加直至IMHz過程中，輸入端口 Val2與輸入端口 Vbl3在每一個相同的頻率點所對應的相位值。
[0028]找出在頻率與電壓的特征圖中，輸入端口 Val2與輸入端口 Vbl3的電壓值差異最大，并且在頻率與相位的特征圖中，相位過零點的那個頻率。那么此頻率就是變壓器2的諧振頻率。此外,所述電腦軟件也能將頻率、電壓和相位的信息輸出為excel表格，供分析參考。
[0029]很顯然，在不脫離本發明所述原理的前提下，作出的若干改進或修飾都應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種機車變壓器諧振頻率檢測的方法，包括掃頻分析儀、取樣電阻、電腦，其中掃頻分析儀包括信號發生器，高速采集卡，其特征在于，掃頻分析儀的輸出端口 Vs直接與輸入端口 Va連接，高速采集卡采集輸入端口 Va的頻率、電壓和相位信號作為第一個參考信號；取樣電阻與掃頻分析儀的輸入端口 Vb連接，高速采集卡采集輸入端口 Vb的頻率、電壓和相位信號作為第二個參考信號，掃頻分析儀與電腦連接，將高速采集卡采集的第一個參考信號和第二個參考信號都輸入到電腦中，通過電腦中的軟件找出變壓器的諧振頻率。
2.根據權利要求1所述的一種機車變壓器諧振頻率檢測的方法，其特征在于，掃頻分析儀中的信號發生器與輸出端口 Vs相連，使得輸出端口 Vs能輸出0.05kHz-lMHz的頻率及lOVp-p的電壓。
3.根據權利要求1所述的一種機車變壓器諧振頻率檢測的方法，其特征在于，掃頻分析儀輸出端口 Vs直接與輸入端口 Va連接，使得輸入端口 Va的頻率、電壓和相位總是與輸出端口 Vs的頻率、電壓和相位相同，將輸入端口 Va的頻率、電壓和相位信號作為第一個參考信號輸入到電腦中。
4.根據權利要求1所述的一種機車變壓器諧振頻率檢測的方法，其特征在于，取樣電阻有2個，根據變壓器的阻抗大小來選擇將取樣電阻a或取樣電阻b連接到電路中。
5.根據權利要求1所述的一種機車變壓器諧振頻率檢測的方法，其特征在于，變壓器次級線圈與取樣電阻連接，取樣電阻與掃頻分析儀的輸入端口 Vb連接，高速采集卡采集輸入端口 Vb的頻率、電壓和相位信號作為第二個參考信號輸入到電腦中。
6.根據權利要求1所述的一種機車變壓器諧振頻率檢測的方法，其特征在于，掃頻分析儀與電腦連接，掃頻分析儀的高速采集卡從輸入端口 Va和輸入端口 Vb采集到的頻率、電壓和相位信息傳輸到電腦中進行處理。
7.根據權利要求1所述的一種機車變壓器諧振頻率檢測的方法，其特征在于，檢測變壓器諧振頻率時，保持掃頻分析儀的信號發生器的輸出電壓不變，將頻率從0.05kHz逐漸增加直至IMHz，通過電腦軟件比對輸入端口 Va的頻率、電壓和相位信息與輸入端口 Vb的頻率、電壓和相位信息找到變壓器的諧振頻率。
8.一種機車變壓器諧振頻率檢測的裝置，其特征在于，掃頻分析儀的輸出端口 Vs直接與輸入端口 Va連接，輸入端口 Va與變壓器初級線圈連接；變壓器次級線圈與取樣電阻連接，取樣電阻與掃頻分析儀的輸入端口 Vb連接，掃頻分析儀還與電腦連接。
9.根據權利要求8所述的一種機車變壓器諧振頻率檢測的裝置，其特征在于，掃頻分析儀的輸出端口 Vs直接與輸入端口 Va連接，輸入端口 Va與變壓器初級線圈連接，使得輸入端口 Va的頻率、電壓和相位信號能形成第一個參考信號輸入到電腦中。
10.根據權利要求8所述的一種機車變壓器諧振頻率檢測的裝置，其特征在于，變壓器次級線圈與取樣電阻連接，取樣電阻與掃頻分析儀的輸入端口 Vb連接，使得輸入端口 Vb的頻率、電壓和相位信號能形成第二個參考信號輸入到電腦中。
【文檔編號】G01R31/00GK104391204SQ201410726866
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月4日 優先權日:2014年12月4日
【發明者】李小滿, 殷強, 黨浩, 張樂, 方亮 申請人:南車株洲電機有限公司