电力机车车顶绝缘检测装置的研究与设计

摘要

电力机车车顶高压电气设备长期暴露在室外复杂恶劣的环境中，容易导致车顶高压设备与车顶间的绝缘性能下降从而引起闪络、短路等故障，造成车顶高压电气设备损坏、受电弓滑板与接触网粘连，甚至烧断接触网。因此，及时准确的判断车顶高压电气设备的绝缘状态是机车行车安全的重要保障。　　针对目前电力机车车顶绝缘检测装置存在检测无法量化，高压电压互感器故障率高等问题，本文研究设计了基于高压开关电源的绝缘检测方案，并设计了绝缘检测装置的嵌入式控制系统，实现机车车顶绝缘检测的数字化、自动化和智能化。论文研究内容主要包括以下几个方面：　　针对绝缘检测所需高电压、小电流的特点，高压开关电源采用110V/3000V的两级DC-DC升压方案。前级由单端反激变换器升压电路输出500V，后级经6倍压整流电路进一步升压，输出绝缘检测所需稳定直流高压。　　利用Saber软件搭建高压开关电源闭环控制电路的仿真模型，对高压开关电源的电路设计进行了分析和验证。仿真结果表明，所设计的高压开关电源输出电压稳定，纹波系数和电压调整率等性能指标均符合设计要求，满足电力机车车顶绝缘检测需求。　　为了实现机车车顶绝缘的在线检测，在绝缘检测装置中引入以STM32F103RBT6微处理器为主控芯片的控制系统。设计了信号采集和转换电路，实现检测电压的自动采集和转换，设计了键盘输入和触摸屏液晶显示电路实现人机交互，同时加入串口通信电路和USB电路，实现数据的传输与存储。

目录

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究内容与章节安排

第二章 电力机车车顶绝缘检测总体方案设计

2.1 电力机车车顶绝缘检测装置方案

2.2 绝缘检测原理

2.3 本章小结

第三章 高压开关电源模块设计

3.1 高压开关电源工作原理

3.2 单端反激变换器

3.3 高频变压器设计

3.4 钳位电路设计

3.5 倍压整流电路

3.6 控制电路设计

3.7 反馈电路设计

3.8 本章小结

第四章 高压开关电源仿真分析

4.1 Saber仿真建模

4.2 仿真结果分析

4.3 开关电源性能分析

4.4 本章小结

第五章 绝缘检测装置嵌入式控制系统设计

5.1 主控芯片选型及电路设计

5.2 信号采集与数据转换电路

5.3 系统人机接口

5.4 USB电路模块设计

5.5 串口通信电路设计

5.6 控制系统程序流程图

5.7 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

攻读学位期间主要研究成果

致谢