專利名稱：輔助變流器半實物仿真試驗臺及其仿真方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力電子設備領域，尤其涉及一種輔助變流器半實物仿真試驗臺及其仿真方法。
背景技術：
目前，以300千米每小時(km/ti)的中國高速鐵路(China Railways High-speed ； 簡稱為CRH)即CRH3為代表的300km/h等級的高速動車組在鐵路客運中得到越來越廣泛的應用。在CRH3型高速動車組的地板下安裝有輔助變流器，通常每列8輛短編組的CRH3高速動車組安裝有兩臺雙單元輔變流器(簡稱“雙輔變流器”)和兩臺單單元輔助變流器(簡稱“單輔變流器”)，每列16輛長編組的CRH3高速動車組安裝有四臺雙輔變流器和四臺單輔變流器。高速動車組上的輔助變流器是將牽引變流器中間環(huán)節(jié)的3000伏(V)直流電逆變?yōu)?相440V、60赫茲(Hz)的交流電并向高速動車組上的三相負載和充電機等供電的電力電子設備。輔助變流器是高速動車組上的主要電力電子設備，關系著高速動車組的運行性能，因此對輔助變流器的工作特性的分析和監(jiān)控輔助變流器的工作狀態(tài)變得非常重要。其中，對輔助變流器工作特性的分析以及對其工作狀態(tài)的監(jiān)控主要是指對輔助變流器的控制器的工作特性的分析和測試。但是，由于輔助變流器的工作條件是高電壓大電流，無法對輔助變流器上所有器件進行測試和分析。另外，在高電壓大電流的環(huán)境下對輔助變流器進行分析和測試，對測試人員和測試設備等也存在較高的危險。再者，外部條件不一定能夠滿足分析和測試要求，例如外部供電電源的供電范圍、負載的大小、功率因數(shù)等不滿足分析或測試要求等。由上述可見，目前對輔助變流器工作特性的分析和其工作狀態(tài)的監(jiān)控比較難于實現(xiàn)。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種輔助變流器半實物仿真試驗臺及其仿真方法，用以對輔助變流器的工作過程進行仿真，實現(xiàn)對輔助變流器工作特性的分析和工作狀態(tài)的監(jiān)控。本發(fā)明提供一種輔助變流器半實物仿真試驗臺，包括第一工控機和外圍電路；所述第一工控機，用于構建模擬輔助變流器控制下的工作主回路的仿真主回路， 根據(jù)所述輔助變流器的控制器發(fā)出的控制信號控制控制所述仿真主回路，并將所述仿真主回路的反饋信號提供給所述控制器，以調整所述控制器的控制邏輯；所述外圍電路包括用以模擬所述輔助變流器的接觸器的工作狀態(tài)的接觸器模擬子電路、用以模擬所述輔助變流器的熔斷器的工作狀態(tài)的熔斷器模擬子電路、用以模擬所述輔助變流器的風扇的工作狀態(tài)的風扇模擬子電路、用以模擬所述輔助變流器的變壓器超溫保護電路的工作狀態(tài)的超溫保護模擬子電路、用以對所述輔助變流器的模擬輸入通道的所述反饋信號的進行調整的信號調整子電路、用以模擬對所述輔助變流的絕緣柵雙極晶體管IGBT工作狀態(tài)的反相子電路、用以模擬所述輔助變流器的功率模塊溫度的溫度模擬子電路和用以調節(jié)所述輔助變流器的風扇轉速的調速子電路；所述外圍電路中的每個子電路分別與所述輔助變流器的相應插頭連接；所述第一工控機分別與所述接觸器模擬子電路和所述反相子電路連接，用以采集所述輔助變流器的控制器發(fā)出的控制信號；所述第一工控機與所述信號調整子電路連接， 用以將所述反饋信號提供給所述控制器。本發(fā)明提供一種使用本發(fā)明提供的輔助變流器半實物仿真平臺實現(xiàn)的輔助變流器半實物仿真方法，包括將所述接觸器模擬子電路、所述熔斷器模擬子電路、所述風扇模擬子電路閉合；當所述輔助變流器的控制器發(fā)送絕緣柵雙極晶體管IGBT控制信號時，所述反相子電路接收所述IGBT控制信號，將所述IGBT控制信號發(fā)送給所述第一工控機，并將所述 IGBT控制信號取反后發(fā)送給所述控制器；所述第一工控機將所述IGBT控制信號送入所述仿真主回路，以控制所述仿真主回路動作，并將所述仿真主回路的反饋信號發(fā)送給所述信號調整子電路；所述信號調整子電路對所述反饋信號的幅值進行調整后通過所述輔助變流器的模擬輸入通道送入所述控制器；當所述輔助變流器的控制器發(fā)送接觸器控制信號時，所述接觸器模擬子電路接收所述接觸器控制信號，將所述接觸器控制信號發(fā)送給所述第一工控機，并向所述控制器返回響應信號；所述第一工控機將所述接觸器控制信號送入所述仿真主回路，以控制所述仿真主回路動作，并將所述仿真主回路的反饋信號發(fā)送給所述信號調整子電路；所述信號調整子電路對所述反饋信號的幅值進行調整后通過所述輔助變流器的模擬輸入通道送入所述控制器。本發(fā)明的輔助變流器半實物仿真試驗臺及其仿真方法，通過工控機構建模擬輔助變流器控制下的工作主回路的仿真主回路，通過外圍電路模擬控制器的工作環(huán)境，通過工控機、外圍電路與輔助變流器的控制器的相互配置實現(xiàn)對輔助變流器工作流程的仿真，根據(jù)仿真過程對輔助變流器的工作特性進行分析和對監(jiān)控輔助變流器的工作狀態(tài)進行監(jiān)控， 不再受高電壓大電流工作條件的限制、不再受外部條件的限制，解決了現(xiàn)有技術所存在的對輔助變流器工作特性的分析和其工作狀態(tài)的監(jiān)控比較難于實現(xiàn)的問題。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明一實施例提供的輔助變流器半實物仿真試驗臺的結構示意圖；圖2為本發(fā)明一實施例提供的輔助變流器半實物仿真試驗臺的結構示意圖；圖3為本發(fā)明一實施例提供的仿真主回路結構示意圖；圖4為本發(fā)明一實施例提供的輔助變流器半實物仿真方法的流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例
5中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。圖1為本發(fā)明一實施例提供的輔助變流器半實物仿真試驗臺的結構示意圖。如圖 1所示，本實施例的系統(tǒng)包括第一工控機10和外圍電路20。第一工控機10，用于構建模擬輔助變流器控制下的工作主回路的仿真主回路，并根據(jù)輔助變流器的控制器30發(fā)出的控制信號控制仿真主回路，并將仿真主回路的反饋信號提供給控制器30，以調整控制器30的控制邏輯。外圍電路20包括多個子電路，其中每個子電路分別與輔助變流器的相應插頭相連接。整個外圍電路20用于構建控制器30的工作環(huán)境。在本實施例中，外圍電路20包括用以模擬輔助變流器的接觸器的工作狀態(tài)的接觸器模擬子電路21、用以模擬輔助變流器的熔斷器的工作狀態(tài)的熔斷器模擬子電路22、用以輔助變流器的風扇的工作狀態(tài)的風扇模擬子電路23、用以模擬輔助變流器的變壓器超溫保護電路的工作狀態(tài)的超溫保護模擬子電路M、用以對輸入輔助變流器的模擬輸入通道的反饋信號的幅值進行調整的信號調整子電路25、用以模擬輔助變流器的絕緣柵雙極晶體管 (Insulated Gate Bipolar Transistor ；簡稱為=IGBT)工作狀態(tài)的反相子電路洸、用以測量輔助變流器的功率模塊溫度的溫度測量子電路27和用以調節(jié)輔助變流器的風扇轉速的調速子電路觀。其中，接觸器模擬子電路21與控制器30輸出接觸器控制信號的插頭X082連接， 用于接收接觸器控制信號，并且接觸器模擬子電路21還與控制器30接收接觸器響應信號 (又稱接觸器反饋信號)的插頭X080連接，用于向控制器30返回接觸器響應信號。較為優(yōu)選的，接觸器模擬子電路21可以為一電磁繼電器，連接于插頭X082與插頭X080之間，即用電磁繼電器來模擬接觸器。當控制器30發(fā)出控制接觸器閉合或斷開的控制信號時，電磁繼電器相應的斷開或閉合，并通過輔助觸點將響應信號返回給控制器30。另外，第一工控機 10還與接觸器模擬子電路21連接，用于采集控制器30輸出的接觸器控制信號。其中，在輔助變流器正常工作時，熔斷器、風扇、變壓器超溫保護電路都應該是正常的，也就說與插頭X081連接的熔斷器、風扇以及變壓器超溫保護電路上會有正常工作信號輸入。在本實施例中，分別通過將熔斷器模擬子電路22、風扇模擬子電路23和超溫保護模擬子電路M連接于插頭X081，來模擬熔斷器、風扇以及變壓器超溫保護電路的正常工作信號。較為優(yōu)選的，熔斷器模擬子電路22、風扇模擬子電路23和超溫保護模擬子電路M分別為一常閉按鈕開關，常閉按鈕開關的兩端分別連接于插頭X081的兩端。用常閉按鈕開關處于關閉狀態(tài)模擬正常工作狀態(tài)，用常閉按鈕開關處于斷開狀態(tài)來模擬熔斷器、風扇和變壓器超溫保護電路的故障狀態(tài)。信號調整子電路25用于將第一工控機10輸出的反饋信號送入輔助變流器的模擬輸入通道即插頭X371和/或X372。由于第一工控機輸出的信號幅度通常在0-5V之間，而輔助變流器所能接受的信號幅度范圍為-5V到+5V，故本實施例通過信號調整子電路25對反饋信號的幅度進行調整，調整為輔助變流器能夠識別的范圍，然后再送入模擬輸入通道。 該信號調整子電路25的輸入端與第一工控機10連接，用于接收反饋信號，其輸出端與模擬輸入通道連接，用于輸出幅值調整后的反饋信號。本實施例的信號調整子電路25除了對反饋信號的幅度進行調整外，還會為保證部分輸入通道的電流滿足大于50毫安(mA)的條件而對反饋信號進行調整。其中，IGBT —般工作在高頻開關模式，IGBT的開通和關斷是由外部加在IGBT門極上的電壓控制的。IGBT是電力電子設備進行轉換的關鍵器件，電力電子設備在工作過程中必須實施監(jiān)控IGBT工作是否正常，一旦出現(xiàn)異常必須立即關閉設備，這就要求必須實時監(jiān)控IGBT的反饋。在輔助變流器正常工作時，控制器30會發(fā)出IGBT控制信號，即輔助變流器的插頭X252上會有IGBT控制信號輸出，以控制IGBT的導通與關斷；同時，IGBT還會通過插頭X2M向控制器30返回其狀態(tài)信號。其中，IGBT控制信號與IGBT返回的狀態(tài)信號兩者是相反的關系，例如當IGBT控制信號是高電平時，狀態(tài)信號就是低電平；當IGBT控制信號是低電平時，狀態(tài)信號就是高電平，故本實施例通過反相子電路26用來模擬IGBT， 并對IGBT控制信號取反后送給控制器，那么控制器就認為IGBT是正常的，才能繼續(xù)保持工作狀態(tài)。通常IGBT是由輔助變流器的功率模塊來實現(xiàn)的，故本實施例的反相子電路沈也相當于模擬功率模塊。具體的，反相子電路26分別連接于插頭X252和插頭X2M之間，用于接收IGBT控制信號和返回取反后的IGBT控制信號(即狀態(tài)信號)給控制器30。另外， 在本實施例中，第一工控機10還與反相子電路沈連接，用于采集控制器30輸出的IGBT控制信號。為了測量功率模塊的溫度，本實施例通過將溫度測量子電路27連接到與功率模塊對應的插頭X251上實現(xiàn)對功率模塊溫度的測量。其中，溫度測量子電路27可由安裝在功率模塊的進風口和出風口的兩個PT100溫度傳感器來實現(xiàn)。每個PT100溫度傳感器是一個阻值會隨著溫度的變化而變化的電阻，則可以通過測量兩個可調電阻的阻值并根據(jù)電阻阻值隨溫度變化的特性獲取功率模塊的溫度。另外，本實施例通過調速子電路觀來模擬對風扇轉速的調整。在實際應用中，風扇的調速是由控制器30發(fā)出電流信號，電流信號經(jīng)安裝在A7安裝板上的電阻轉換為電壓信號后送給風扇，通過調節(jié)電流信號的大小來實現(xiàn)對風扇轉速的調節(jié)的。故在本實施例中通過在控制器30輸出電流信號的插頭X093的兩端連接調速子電路觀實現(xiàn)對風扇的調速控制。其中，調速子電路觀模擬實際工作過程中的電路；則較為優(yōu)選的，本實施例的調速子電路28可為一連接于插頭X093兩端的電阻。進一步，第一工控機10通過數(shù)字輸入數(shù)據(jù)采集卡分別與接觸器模擬子電路21和反相子電路26連接，用以通過數(shù)字輸入數(shù)據(jù)采集卡采集控制器30發(fā)送的接觸器控制信號和IGBT控制信號。第一工控機10通過模擬輸出數(shù)據(jù)采集卡與信號調整子電路25連接，用以通過模擬輸出數(shù)據(jù)采集卡將反饋信號發(fā)送給信號調整子電路25。其中，本實施例的第一工控機10具有允許數(shù)字輸入采集卡或模擬輸出數(shù)據(jù)采集卡插入的接口，例如外圍部件互連標準(Peripheral Component hterconnect ；簡稱為PCI)接口、工業(yè)標準構造 (Industry Standard Architecture ；簡稱為:ISA)接口等。本實施例的輔助變流器半實物仿真試驗臺，通過外圍電路20來模擬輔助變流器的工作環(huán)境，而通過第一工控機構建輔助變流器控制下的工作主回路的仿真主回路，實現(xiàn)對輔助變流器以及其控制下的工作主回路的工作流程的仿真，在仿真過程中對輔助變流器的工作特性進行分析并實現(xiàn)監(jiān)控其工作狀態(tài)的目的，不再受實際工作環(huán)境中高電壓大電流的限制，不再受外部條件的限制。例如在測定輔助變流器的輸入電壓保護值測定過程中，需要一個4280V以上持續(xù)時間準確控制在20ms的外部供電電壓，這種要求的電源是很難實現(xiàn)的，而在半實物仿真試驗臺的軟件上增加一個持續(xù)20ms的脈沖就可以實現(xiàn)對4280V以上持續(xù)時間準確控制在20ms的外部供電電壓的模擬。再者，本實施例的輔助變流器半實物試驗系統(tǒng)還可以模擬不同負載工況下輔助變流器的工作特性，而如果沒有本實施例的輔助變流器半實物試驗系統(tǒng)，就必須準備各種各樣的負載并將各種各樣的負載分別連接在真實的輔助變流器上進行試驗，增加了研究成本和危險性。圖2為本發(fā)明一實施例提供的輔助變流器半實物仿真試驗臺的結構示意圖。本實施例基于圖1所示實施例實現(xiàn)，如圖2所示，本實施例的系統(tǒng)還包括第二工控機40。第二工控機40分別與接觸器模擬子電路21和反相子電路沈連接，用于接收控制器30發(fā)出的控制信號并予以存儲和顯示。其中，第二工控機40也具有允許數(shù)字輸入數(shù)據(jù)采集卡和模擬輸入數(shù)據(jù)采集卡插入的接口，例如PCI接口、ISA接口等。具體的，第二工控機40通過數(shù)字輸入數(shù)據(jù)采集卡與接觸器模擬子電路21連接，用于通過數(shù)字輸入數(shù)據(jù)采集卡和接觸器模擬子電路21接收控制器30發(fā)送的接觸器控制信號，并實時顯示接觸器控制信號，同時將接觸器控制信號存儲起來為日后查詢以及分析輔助變流器的工作特性打下基礎。第二工控機40通過數(shù)字輸入數(shù)據(jù)采集卡與反相子電路沈的輸出端相連接，用于通過數(shù)字輸入數(shù)據(jù)采集卡和反相子電路26接收控制器30發(fā)送的IGBT控制信號，并實時顯示 IGBT控制信號，同時將IGBT控制信號存儲起來為日后查詢以及分析輔助變流器的工作特性打下基礎。另外，第二工控機40還與信號調整子電路25連接，具體通過模擬輸入數(shù)字采集卡與信號調整子電路25的輸出端連接，用于通過模擬輸入數(shù)據(jù)采集卡接收經(jīng)幅度調整后的反饋信號并予以存儲和顯示。在本發(fā)明實施例中，模擬輸入數(shù)據(jù)采集卡可以以75KHz頻率采集數(shù)據(jù)，采用異步直接內存存取(Direct Memory Access ；簡稱為DMA)方式從其上設置的用戶緩存區(qū) (buffer)中讀取數(shù)據(jù)。其中，模擬輸入數(shù)據(jù)采集卡上可設置有200K的用戶緩存區(qū)。同理， 數(shù)字輸入數(shù)據(jù)采集卡可以以2MHz頻率采集數(shù)據(jù)，采用異步DMA方式從其上設置的用戶緩存區(qū)中讀取數(shù)據(jù)。其中，數(shù)字輸入數(shù)據(jù)采集卡上可設置有20K的用戶緩存區(qū)。例如在第二工控機40上的顯示界面部分主要包括波形顯示區(qū)、功能按鈕區(qū)、輔助變流器主電路示意圖區(qū)等。波形顯示區(qū)類似于示波器的顯示窗口，可以顯示由數(shù)字輸入數(shù)據(jù)采集卡和/或模擬輸入數(shù)據(jù)采集卡的每個通道讀取上來的數(shù)據(jù)波形。在本實施例中， 該顯示窗口顯示6路IGBT高頻脈沖，分別為IGBTl、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT6和IGBT6，3 路開關狀態(tài)量，分別為Q21、Q22/23和Q30，11路模擬量，分別為T21_T23、T30_T32、T33、T34、 Τ10、Τ11、Τ12。在本實施例中，第二工控機40可以通過向繪圖軟件Visual Basic中的繪圖 (Picture)控件中連續(xù)畫線段的方式來實現(xiàn)。這種方法比較適用于顯示數(shù)據(jù)量較小、顯示實時性要求不高的場合。對于高速采集到的大量數(shù)據(jù)，而且實時性要求較高的系統(tǒng)，本實施例的第二工控機40通過調用 Windows應用程序接口(Application Programming Interface ； 簡稱為API)函數(shù)使用雙顯示緩存的方式大大改善了閃爍問題。雙顯示緩存的顯示思想是設置兩塊顯示區(qū)，第一顯示區(qū)是作為緩顯(用戶看不到)，第二顯示區(qū)作為界面顯示。首先將數(shù)據(jù)畫在第一塊顯示區(qū)上，當畫完第一塊顯示區(qū)后再將第一塊顯示區(qū)上的所有數(shù)據(jù)復制到第二塊顯示區(qū)上，顯示給操作用戶，通過延長刷新間隔，緩解了頻繁閃爍的現(xiàn)象。另外，本實施例的第二工控機40還可以提供波形回放的功能。具體的，第二工控機40通過設置了一塊和顯示緩存一樣大小的回放緩存，將數(shù)據(jù)直接復制到回放緩存即可。另外，除了顯示波形之外，本實施例的第二工控機40還可以顯示采集到的數(shù)據(jù)。 但是由于需要顯示數(shù)據(jù)數(shù)量的不確定性，顯示的速率總是快于或者慢于數(shù)字輸入數(shù)據(jù)采集卡和/或模擬輸入數(shù)據(jù)采集卡的采集速度。為解決這一問題，本實施例的第二工控機40上設置一個較大的顯示緩存，顯示緩存的存儲量為顯示窗口最大能顯示的數(shù)據(jù)量，并通過數(shù)字輸入數(shù)據(jù)采集卡和/或模擬輸入數(shù)據(jù)采集卡的采集程序不斷刷新顯示緩存以保證顯示緩存里存儲的是連續(xù)采集到的數(shù)據(jù)，保證了所顯示的數(shù)據(jù)波形的穩(wěn)定性。功能按鈕區(qū)是人機操作的平臺，用戶可以根據(jù)相應的操作功能，達到預期的目的。 例如水平調整區(qū)可以調整波形顯示區(qū)橫坐標的時基，可以對顯示波形進行水平縮放。垂直調整區(qū)可以使顯示波形上下移動，顯示在垂直不同的區(qū)域，便于波形的觀察。輔助變流器主電路示意圖區(qū)顯示主電路的原理圖，Q21，Q22/23，Q30開關的狀態(tài)可以在圖中直觀的顯示出來。另外，原理圖中還標識出了每個需要顯示波形所在圖中的位置。為了便于后期對采集到的數(shù)據(jù)進行分析，數(shù)據(jù)的存儲是必不可少。本實施例的第二工控機40還具有存儲數(shù)據(jù)的功能，并且能夠在存儲數(shù)據(jù)的同時保證數(shù)據(jù)的完整性和實時性。其中，為了保證數(shù)據(jù)的完整性和實時性，本實施例的第二工控機40采用讀寫文本文件的方式高速、可靠地將數(shù)據(jù)存入到微軟辦公軟件(Microsoft Office)的Excel 2003工作表中。本實施例的輔助變流器半實物仿真試驗臺，通過第二工控機采集仿真過程中控制器發(fā)出的控制信號和仿真主回路返回的反饋信號，并實時顯示，為分析輔助變流器的工作特性提供了方便，同時可以更為直觀的查看輔助變流器的工作過程，更為直觀的監(jiān)控輔助變流器的工作流程。在此說明，本實施例通過不同于第一工控機的第二工控機來顯示控制信號和反饋信號，但并不限于此。例如第一工控機和第二工控機可以為同一工控機，即第一工控機在構建仿真主回路進行仿真的過程中還可以同時顯示和存儲仿真過程中的控制信號和反饋信號。在上述各實施例中，第一工控機10通過矩陣實驗室(Matrix Laboratory ；簡稱為MATLAB)仿真軟件中的仿真(Simulink)工具箱來構建仿真主回路，所構建的仿真主回路包括用以接收控制信號的輸入接口和用以輸出反饋信號的輸出接口。其中，圖3所示為本發(fā)明一實施例提供的仿真主回路結構示意圖。如圖3所示，本實施例的仿真主回路包括 輸入接口 31、輸出接口 32、主回路部分33和外部電源部分34。其中，輸入接口 31，用以接收接觸器控制信號或IGBT控制信號。輸出接口 32，用以輸出反饋信號。如圖3所示，主回路部分33主要包括由6個IGBT模塊構成模擬輔助變流器中的 IGBT 電路的子部分；由 T21、T22、T23、T30、T31、T32、T33、T34、T10、T11、T12 等 11 個模塊等構成的模擬輔助變流器中的傳感器的子部分；由DCO和DCl模塊構成的模擬輔助變流器的直流電源的子部分、由增益Gl-Gll等11個模塊構成的模擬輔助變流器中的幅值調節(jié)器的子部分；以及由Q21、Q22/Q23、Q30等3個模塊構成的模擬輔助變流器中的接觸器的子部分等。由于CRH3型車輔助變流器是并網(wǎng)運行的，也就是說正常工作時，所有輔助變流器
9的通過全列貫通的交流母線連接到一起同時工作。在本實施例中設置外部電源部分34是為了模擬其它的輔助變流器，即假定其它輔助變流器已經(jīng)正常工作并已輸出了三相電源。 外部電源部分；34主要包括SS模塊模擬的外部交流電源，電壓傳感器t30、t31、t32，以及調整信號幅值的增益G7、G8、G9等。在此說明，本實施例的仿真主回路并不限于上述各部分，根據(jù)實際應用場景和測試的目的還可以增加新的仿真回路或者刪減其中的部分回路。本實施例的仿真主回路使用Simulink中的現(xiàn)有模塊實現(xiàn)，具有實現(xiàn)簡單，通過仿真主回路模擬工作主回路，避開了真實工作環(huán)境中的高電壓大電流的限制。圖4為本發(fā)明一實施例提供的輔助變流器半實物仿真方法的流程圖。本實施例的方法基于上述實施例提供的輔助變流器半實物仿真試驗臺實現(xiàn)，如圖4所示，本實施例的方法包括步驟400、將接觸器模擬子電路、熔斷器模擬子電路、風扇模擬子電路閉合。該步驟400用于保證輔助變流器處于正常工作狀態(tài)。步驟401a、當輔助變流器的控制器發(fā)送IGBT控制信號時，反相子電路接收IGBT控制信號，將IGBT控制信號發(fā)送給第一工控機，并將IGBT控制信號取反后發(fā)送給控制器。步驟401b、第一工控機將IGBT控制信號送入仿真主回路，以控制仿真主回路動作，并將仿真主回路的反饋信號發(fā)送給信號調整子電路。步驟401c、信號調整子電路對反饋信號的幅值進行調整后通輔助變流器的模擬輸入通道送入控制器。步驟40 、當輔助變流器的控制器發(fā)送接觸器控制信號時，接觸器模擬子電路接收接觸器控制信號，將接觸器控制信號發(fā)送給第一工控機，并向控制器返回響應信號。步驟402b、第一工控機將接觸器控制信號送入仿真主回路，以控制仿真主回路動作，并將仿真主回路的反饋信號發(fā)送給信號調整子電路。步驟402c、信號調整子電路對反饋信號的幅值進行調整后通過輔助變流器的模擬輸入通道送入控制器。本實施例的輔助變流器半實物仿真方法，通過使用輔助變流器半實物仿真試驗臺，模擬輔助變流器的控制流程，實現(xiàn)對輔助變流器的工作過程的仿真，從而實現(xiàn)對輔助變流器的工作特性的分析和對輔助變流器的工作狀態(tài)的監(jiān)控。本領域普通技術人員可以理解實現(xiàn)上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關的硬件來完成，前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質中，該程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質包括R0M、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。最后應說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。
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權利要求
1.一種輔助變流器半實物仿真試驗臺，其特征在于，包括第一工控機和外圍電路；所述第一工控機，用于構建模擬輔助變流器控制下的工作主回路的仿真主回路，并根據(jù)所述輔助變流器的控制器發(fā)出的控制信號控制所述仿真主回路，并將所述仿真主回路的反饋信號提供給所述控制器，以調整所述控制器的控制邏輯；所述外圍電路包括用以模擬所述輔助變流器的接觸器的工作狀態(tài)的接觸器模擬子電路、用以模擬所述輔助變流器的熔斷器的工作狀態(tài)的熔斷器模擬子電路、用以模擬所述輔助變流器的風扇的工作狀態(tài)的風扇模擬子電路、用以模擬所述輔助變流器的變壓器超溫保護電路的工作狀態(tài)的超溫保護模擬子電路、用以對所述輔助變流器的模擬輸入通道的所述反饋信號進行調整的信號調理子電路、用以模擬所述輔助變流器的絕緣柵雙極晶體管IGBT 工作狀態(tài)的反相子電路、用以模擬所述輔助變流器的功率模塊溫度的溫度測量子電路和用以調節(jié)所述輔助變流器的風扇轉速的風扇調速子電路；所述外圍電路中的每個子電路分別與所述輔助變流器的相應插頭連接；所述第一工控機分別與所述接觸器模擬子電路和所述反相子電路連接，用以采集所述輔助變流器的控制器發(fā)出的控制信號；所述第一工控機與所述信號調整子電路連接，用以將所述反饋信號提供給所述控制器。
2.根據(jù)權利要求1所述的輔助變流器半實物仿真試驗臺，其特征在于，還包括第二工控機；所述第二工控機分別與所述接觸器模擬子電路、所述反相子電路和所述信號調整子電路連接，用以存儲并顯示所述控制信號和所述反饋信號。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的輔助變流器半實物仿真試驗臺，其特征在于，所述接觸器模擬子電路為電磁繼電器。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的輔助變流器半實物仿真試驗臺，其特征在于，所述熔斷器模擬子電路、風扇模擬子電路和所述超溫保護模擬子電路分別為常閉按鈕開關。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的輔助變流器半實物仿真試驗臺，其特征在于，所述溫度測量子電路為可調電阻。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的輔助變流器半實物仿真試驗臺，其特征在于，所述調速子電路為電阻。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的輔助變流器半實物仿真試驗臺，其特征在于，所述第一工控機通過數(shù)字輸入數(shù)據(jù)采集卡分別與所述接觸器模擬子電路和所述反相子電路連接，用以通過所述數(shù)字輸入數(shù)據(jù)采集卡采集所述控制器發(fā)送的接觸器控制信號和IGBT控制信號；所述第一工控機通過模擬輸出數(shù)據(jù)采集卡與所述信號調整子電路連接，用以通過所述模擬輸出數(shù)據(jù)采集卡將所述反饋信號發(fā)送給所述信號調整子電路。
8.根據(jù)權利要求1或2所述的輔助變流器半實物仿真試驗臺，其特征在于，所述第一工控機采用矩陣實驗室MATLAB仿真軟件中的仿真Simulink工具箱構建所述仿真主回路，所述仿真主回路包括用以接收所述控制信號的輸入接口和用以輸出所述反饋信號的輸出接
9.一種應用權利要求1-8任一項所述的輔助變流器半實物仿真試驗臺實現(xiàn)的輔助變流器半實物仿真方法，其特征在于，包括將所述接觸器模擬子電路、所述熔斷器模擬子電路、所述風扇模擬子電路閉合；當所述輔助變流器的控制器發(fā)送絕緣柵雙極晶體管IGBT控制信號時，所述反相子電路接收所述IGBT控制信號，將所述IGBT控制信號發(fā)送給所述第一工控機和反相子回路，反相子回路將所述IGBT控制信號取反后發(fā)送給所述控制器；所述第一工控機將所述IGBT控制信號送入所述仿真主回路，以控制所述仿真主回路動作，并將所述仿真主回路的反饋信號發(fā)送給所述信號調整子電路；所述信號調整子電路對所述反饋信號進行調整后通過所述輔助變流器的模擬輸入通道送入所述控制器；當所述輔助變流器的控制器發(fā)送接觸器控制信號時，所述接觸器模擬子電路接收所述接觸器控制信號，將所述接觸器控制信號發(fā)送給所述第一工控機，并向所述控制器返回響應信號；所述第一工控機將所述接觸器控制信號送入所述仿真主回路，以控制所述仿真主回路動作，并將所述仿真主回路的反饋信號發(fā)送給所述信號調整子電路；所述信號調整子電路對所述反饋信號的幅值進行調整后通過所述輔助變流器的模擬輸入通道送入所述控制器。
10.根據(jù)權利要求9所述的輔助變流器半實物仿真方法，其特征在于，還包括 當所述輔助變流器的控制器發(fā)送IGBT控制信號時，所述反相子電路將所述IGBT控制信號發(fā)送給所述第二工控機，所述信號調整子電路將經(jīng)調整后的反饋信號發(fā)送給所述第二工控機；所述第二工控機顯示所述IGBT控制信號和所述經(jīng)幅值調整后的反饋信號；當所述輔助變流器的控制器發(fā)送接觸器控制信號時，所述接觸器模擬子電路將所述接觸器控制信號發(fā)送給所述第二工控機，所述信號調整子電路將經(jīng)幅值調整后的反饋信號發(fā)送給所述第二工控機；所述第二工控機顯示所述接觸器控制信號和所述經(jīng)幅值調整后的反饋信號。
全文摘要
本發(fā)明提供一種輔助變流器半實物仿真試驗臺及其仿真方法。系統(tǒng)包括第一工控機和外圍電路；第一工控機，用于構建模擬輔助變流器控制下的工作主回路的仿真主回路，根據(jù)所述輔助變流器的控制器發(fā)出的控制信號控制所述仿真主回路，并將所述仿真主回路的反饋信號提供給所述控制器，以調整所述控制器的控制邏輯；外圍電路包括接觸器模擬子電路、熔斷器模擬子電路、風扇模擬子電路、超溫保護模擬子電路、信號調理子電路、反相子電路、溫度測量子電路和風扇調速子電路；第一工控機分別與接觸器模擬子電路、反相子電路和信號調整子電路連接。采用本發(fā)明技術方案可以對輔助變流器的工作過程進行仿真，實現(xiàn)對輔助變流器工作特性的分析和工作狀態(tài)的監(jiān)控。
文檔編號G01R31/00GK102445611SQ20111028717
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權日2011年9月23日
發(fā)明者姚文革, 姜雪松, 宋術全, 楊寧, 王永翔 申請人:中國鐵道科學研究院機車車輛研究所, 北京縱橫機電技術開發(fā)公司, 鐵道部運輸局