辅助变流器控制装置研究

度为 16 位，转换速率不低于 40 kS/s。模数转换后的数 求和信息化需求。
据通过并行数据总线送给数字信号处理器（DSP），并由 2.8 扩展
其根据需要将有关数据再传送给精简指令集架构的中央
该控制装置采用插件箱结构，通过背板总线实现插

处理器（PowerPC）。
件信号之间的互连；插件箱结构通过增加相应的接口插
输出通道 输出 1 输出 2 输出 3 输出 4
表 1 提供的控制电源
输出电压 / V
输出电流 /A
+5
3
+15
3
-15
1.5
+24
7
作者简介：羊利芬（1976—），女，高级工程师
现 代 城 市 轨 道 交 通 9 / 2019 MODERN URBAN TRANSIT 57
技术装备
辅助变流器控制装置研究
2.2 模拟信号处理
2.6 故障信息处理
该控制装置将辅助变流器系统中传感器、互感器
该控制装置具有 4 GB 的工业级 CF 卡，可记录故
等部件采集的模拟信号进行信号调理和模数转换，另外 障现场数据。这些数据可通过以太网口下载至 PC 机中
还可输出 2 路 4 ～ 20 mA 模拟信号。这部分功能由一 进行分析。
电源板
包括：输入过压保护、输入过流保护，模块
故障保护、输出过流保护、输出过压保护、
接触器故障保护、输出接地保护等。
图 2 模块式控制装置和单板迷你型控制装置
58 MODERN URBAN TRANSIT 9 / 2019 现 代 城 市 轨 道 交 通
1 控制装置简介
控制装置的外形如图 1 所示。该控制装置主要用于 大功率的辅助变流器，与整车电气系统有较多的信息交 互。该控制装置采用插件箱结构，信号从各插件的前面
图 1 控制装置的外形
2 控制装置主要功能
2.1 提供控制电源 该控制装置为其本身及辅助变流器系统的传感器、
风机等提供电源，适用于 110 V 控制电源输入的系统。 具体提供的控制电源参见表 1。
块单独的模拟入出插件完成，输入的传感器反馈信号为 2.7 通信接口
-200 ～ 200 mA 的电流信号或者 ±10 V 的电压信号，
该控制装置具有 CAN、RS485/RS232、以太网以及
共 16 路。模拟入出插件上带有 A/D 转换芯片，转换精 MVB 通信接口，可以满足车辆级乃至列车级的控制需
2.4 系统管理、逻辑控制、实时显示
太网口下载至控制板。同时，可在 PC 机上通过以太网
该控制装置可实现辅助变流器系统的管理、逻辑控 口设定控制、保护参数，观察各系统运行参数，以及各
制、实时显示等功能。这部分功能由飞思卡
尔 FreeScale 公司的 MPC5200B 主导实现。 2.5 逆变控制和故障保护
2.3 数字信号转换
件，实现输入输出以及计算能力的扩展。系统需根据具
该控制装置将辅助变流器系统传递来的 110 V 数字 体的应用场合，确定插件的类型和数量。
信号转换成 5 V 信号后再传送给装置内部的处理器板，
另外，各种辅助变流器的输出功率从小到大跨度
同时将处理器板对外输出的控制信号、指示信号等由 5 较大，其功能需求也各不相同，因此，对控制装置的体
表 2 数字通道具体配置情况 输出通道种类 110 V/10 mA 输入
110 V/1.5 A 有源输出
通道路数 8路 8路
对其功能进行相应裁减，形成如模块式控制装置、单板 迷你型控制装置等，如图 2 所示。 2.9 人机接口
该控制装置能满足具体项目应用过程中各阶段人机 交互的接口需求，如图 3 所示。辅助变流器系统运行过
110 V 无源常开触点输出
2路
程中的关键信号状态、工作状态、故障状态通过设置
110 V 无源常闭触点输出
2路
LED 灯或 LED 数码管进行显示。
脉冲输出（输出电压 15 V 或 24 V，输出电流 24 mA） 6 对
（1）设计开发阶段。开发人员编写的软件代码编译 后可通过开发工具烧写至控制板，也可用 PC 机通过以
模块式控制装置
单板迷你型控制装置
该 控 制 装 置 由 德 州 仪 器（T I） 公 司 的 DSP-TMS320F28335 实现逆变器的实时控制 和故障保护，还可通过软、硬件的配置实现
CPU 板 输入输出板
迷你板
半桥、全桥 DC/DC 高频逆变，单相、三相 两电平逆变器的控制和故障保护。具体功能
技术装备
辅助变流器控制装置研究
羊利芬，曾明高，李小文，莫劲威 （株洲中车时代电气股份有限公司技术中心，湖南株洲 412001）
摘 要：研究设计一种辅助变流器控制装置，该 控制装置采用模块化、标准化设计，将多种常用的 功能电路固化成标准的模块。该控制装置目前批量 应用于机车、动车、城市轨道交通等领域的辅助 变流器产品上，可大大提高产品对市场的响应速 度，降低其开发成本，提高系统可靠性。 关键词：轨道交通；辅助变流器；控制装置； DSP；PowerPC；模块化；标准化 中图分类号：TP23
板输入或输出；插件箱与变流器模块通过屏蔽电缆传输 信号实现辅助变流器系统的管理、逻辑控制、显示等功 能。该控制装置具有良好的扩展性，成本较低，适合批 量生产。
辅助变流器控制装置
0 引言
随着越来越多的辅助变流器产品采用各种微处理器 作为控制系统的核心，在开发过程中产品暴露出的一些 问题越来越严重：由于产品要求的多样性，每一种新产 品都面临着硬件和软件的重新设计，因此降低了产品开 发效率，增加了研发投入，且不利于产品的维护。而随 着市场竞争主体的不断涌入和逐渐成熟，要求其对市场 项目的响应速度越来越快，市场项目开发的时间也要相 应缩短。为了解决上述问题，有必要开发出标准的、通 用的辅助变流器控制装置（以下简称“控制装置 ”），将 多种常用的功能电路固化成标准的模块。这样，在向市 场推出某种特定的辅助变流器装置时，其控制部分可以 直接使用该控制装置。
V 转换成 110 V。另外，该控制装置根据需要将脉冲信 积、质量、成本要求也各不相同。在固定统一的核心
号由 5 V 转换成其他电压等级的信号，同时兼容 24 V 处理器和协处理器的基础上，又可以根据具体产品对体
输入输出系统。数字通道具体配置情况参见表 2。
积、质量、成本的需求，在本插件箱控制装置基础上，