一种辅助逆变器控制板的测试装置的制作方法

1.本实用新型涉及轨道车辆技术领域，尤其涉及一种辅助逆变器控制板的测试装置。


背景技术：

2.随着我国城市轨道交通的快速发展，辅助逆变器在铁路列车、地铁列车、动车列车等车辆系统的牵引控制中得到广泛应用。辅助逆变器负责为车辆空调、电热采暖、照明、空气压缩机、各系统控制电路及列车监视系统、车载信号和通信设备等交流负载提供稳定的三相四线制的380v(220v)电源，它的工作状态正常与否直接影响整列车的功能。
3.随着地铁列车的运营年限增加，设备不断老化，导致列车故障频发，严重制约着轨道交通的安全、高效运行，一旦控制板的线路或板上器件出现问题，将导致整个控制模块的功能缺失，甚至造成不可逆的损坏，因此，需要对控制板的基本功能进行离线测试。
4.辅助逆变器控制板是地铁牵引系统中最核心同时也是故障率较高的部件，目前尚无专用测试设备，造成维修、维护工作的诸多不便，使其维护成本居高不下。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种辅助逆变器控制板的测试装置，通过向控制板输入模拟输入电压，频率输入信号及开关量输入信号，并测试辅助逆变器控制板输出的负载电流信息及频率信息，实现准确检测逆变器控制板是否故障并定位故障，提高检修效率。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型提出如下技术方案予以解决：
7.一种辅助逆变器控制板的测试装置，其特征在于，包括：
8.工控机；
9.模拟信号控制板，其接收所述工控机发送的第一指令，并向所述辅助逆变器控制板输入模拟输入电压；
10.频率信号控制板，其接收所述工控机发送的第二指令，并向所述辅助逆变器控制板输入频率输入信号；
11.电平信号控制板，其接收所述工控机发送的第三指令，并向所述辅助逆变器控制板输入开关量输入信号；
12.直流供电装置，其向所述辅助逆变器控制板提供直流电压，所述辅助逆变器控制板接收所述模拟输入电压、频率输入信号、开关量输入信号及直流电压，并输出交流电压及脉冲输出信号；
13.电机负载模拟器，其接收所述交流电压并输出负载电流信息；
14.脉冲信号捕捉器，其接收所述脉冲输出信号并输出对应的频率信息；
15.信息采集板，其采集所述负载电流信息及频率信息，并发送至所述工控机。
16.在本技术中，所述测试装置还包括：
17.第一蓝牙串口转换模块，其与所述工控机通过rs232串口通信；
18.第二蓝牙串口转换模块，其与所述第一蓝牙串口转换模块无线通信，所述第二蓝牙串口转换模块与所述信息采集板通过rs232串口通信。
19.在本技术中，所述直流供电装置包括：
20.直流可调电源，其输出可调节直流电压；
21.斩波器，其接收所述工控机输出的调制指令及所述可调节直流电压，所述斩波器提供所述直流电压。
22.在本技术中，所述模拟电压控制板上包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、基极下拉电阻r4、二极管d1和npn三极管；
23.所述npn三极管的基极通过所述电阻r2连接所述工控机的的一端口且连接有所述基极下拉电阻r4，集电极通过所述电阻r1连接上拉电源vcc，发射极和地之间连接有并联设置的反向二极管d1和电阻r3；
24.所述模拟信号控制板的输出端连接在所述电阻r1和npn三极管的集电极之间的连接位置处。
25.在本技术中，所述电平信号控制板上包括电阻r1'、电阻r2'、基极下拉电阻r3'、npn三极管及比较器；
26.所述npn三极管的基极通过所述电阻r2'连接所述工控机的一端口且连接有所述基极下拉电阻r3'，发射极接地，集电极通过所述电阻r1'连接上拉电源vcc，所述比较器的反相输入端连接在所述电阻r1'和npn三极管的集电极之间的连接位置处，所述比较器的正向输入端接收参考电压；
27.所述电平信号控制板的输出端连接所述比较器的输出端；
28.所述参考电压小于vcc。
29.在本技术中，所述辅助逆变器控制板上设置有加热装置，所述测试装置还包括：
30.温湿度传感器，其用于采集所述加热装置的温湿度信息，并将所述温湿度信息发送至所述信号采集板。
31.在本技术中，所述测试装置还包括：
32.电平隔离电路，其用于接收且隔离所述辅助逆变器控制板的开关量输出端输出的开关量输出信号，并将隔离后的开关量输出信号输入至所述信号采集板。
33.在本技术中，所述电平隔离电路包括电阻r1、下拉电阻r2、电阻r3、pnp三极管、以及光电耦合器；
34.所述开关量输出端通过所述电阻r1连接所述pnp三极管的基极，集电极接所述下拉电阻r2，发射极连接所述光电耦合器的阴极，所述光电耦合器的阳极接电源vcc，所述光电耦合器的集电极通过所述电阻r3连接上拉电源vcc，所述光电耦合器的发射极接地；
35.所述电平隔离电路的输出端连接在所述光电耦合器的集电极和所述电阻 r3之间的连接位置处。
36.在本技术中，所述信号采集板为采用单片机或arm芯片开发的集成电路板。
37.与现有技术相比，本实用新型提供的辅助逆变器控制板的测试装置的优点和积极效果是：
38.通过工控机输出第一指令、第二指令、第三指令及调制指令模拟输入至辅助逆变器控制板的模拟电压信号、频率输入信号及开关量输入信号，并配合电机负载模拟器模拟
负载及脉冲信号捕捉器捕捉脉冲信号，以分别获取模拟负载电流信息及频率信息，并将该些信息均反馈至工控机，工控机通过分析理论输出的指令及实际得到的反馈信息，判断控制板是否存在故障，并且在没有输出信号时，表示控制板对应部分存在异常，便于定位故障，提升检修效率。
附图说明
39.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
40.图1为本实用新型的辅助逆变器控制板的测试装置与辅助逆变器控制板连接的原理框图；
41.图2为本实用新型的辅助逆变器控制板的测试装置中模拟信号控制板的电路图；
42.图3为本实用新型的辅助逆变器控制板的测试装置中电平信号控制板的电路图；
43.图4为本实用新型的辅助逆变器控制板的测试装置中电平隔离电路的电路图。
具体实施方式
44.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
45.辅助逆变器控制板在电压输出控制上采用闭环控制，通过采集逆变后输出的交流电压的电压并反馈至直流电压输入端，实现输出电压闭环控制。
46.具体地，在实际辅助逆变器使用时，在交流电压的输出端并联设置有电压互感器，使将交流输出的电压转换为对应电压互感器输出的模拟电压，并反馈至直流电压输入端，从而实现电压闭环控制。
47.并且辅助逆变器控制板还存在开关量输入信号（即数字输入信号）、频率输入信号、脉冲输出信号及交流电压输出信号，因此，为了测试辅助逆变器控制板的功能，以定位故障点，本技术涉及一种测试装置。
48.参见图1，其示出了本技术测试装置的结构原理图。
49.测试装置包括工控机1、模拟信号控制板2、频率信号控制板3、电平信号控制板4、电机负载模拟器5、脉冲信号捕捉器6、信号采集板7、以及直流供电装置。
50.工控机1具有多个rs232串口，分别定义为com1、com2、......。
51.工控机1可以通过串口com1与模拟信号控制板2通信连接，用于工控机1输出第一指令至模拟信号控制板2，以使模拟信号控制板2输出模拟电压信号，例如0
‑
10v。
52.该模拟电压信号用于模拟通过电压互感器采集交流输出电压后输出的电压。
53.辅助逆变器控制板输出正确的交流电压及脉冲输出信号，不仅需要模拟电压信号的输入，而且还需要开关量输入信号、频率输入信号及直流供电装置供应的直流电源。
54.在本技术中，模拟信号控制板2可以采用现有的控制电路搭建实现例如0
‑
10v模拟电压的输出。
55.作为举例，模拟信号控制板2为具有开关控制元件、及多个电阻串并联搭建的分压电路。
56.参见图2，模拟信号控制板2可以包括电阻r1至r4、二极管d1及开关控制元件npn三极管q1，电阻r1连接npn三极管q1的集电极，基极通过基极限流电阻r2连接工控机1的串口com1，发射极和地之间连接有并联设置的反向二极管d1和电阻r3，npn三极管q1的基极连接有基极下拉电阻r4。
57.模拟信号控制板2的输出端out1可以为电阻r1和npn三极管q1的集电极之间的连接位置。
58.这样，在工控机1的串口com1输出对应第一指令的控制信号时，对应npn三极管q1导通，通过调整各电阻的阻值，可以在模拟信号控制板2的输出端获取到0
‑
10v的模拟电压。
59.基极限流电阻r3用于限制流入npn三极管q1基极的电流，避免在工控机1的串口com1输出的电平不稳定或高电平时避免烧毁q1，保护npn三极管q1。基极下拉电阻r4用于保证npn三极管q1的正常工作，防止三极管q1受噪声信号的影响而产生误动作，使晶体管截止更可靠，且三极管q1的基极不能出现悬空，当输入信号不确定时(如输入信号为高阻态时)，增加基极下拉电阻r4，就能使有效接地，且能够在三极管q1关断时通过基极下拉电阻r4放电。
60.工控机1可以通过串口com2与频率信号控制板3通信连接，用于工控机1输出第二指令至频率信号控制板3，以使频率信号控制板2输出频率输入信号，例如50hz。
61.在本技术中，频率信号控制板3可以采用现有频率信号发生器实现。
62.工控机1可以通过串口com3与电平信号控制板4通信连接，用于工控机1输出第三指令至电平信号控制板4，以使电平信号控制板2输出高/低电平信号。
63.在本技术中，电平信号控制板4可以采用现有器件搭建实现。
64.例如，该电平信号控制板4包括上拉电阻r1'、电阻r2'、电阻r3'、开关控制元件npn三极管q2及比较器u1。
65.npn三极管q2的基极通过基极限流电阻r2'连接工控机1的串口com3，发射极接地，npn三极管q1的基极连接有基极下拉电阻r3'，集电极连接上拉电阻r1'，且上拉电阻r1'和npn三极管q2的集电极之间的连接位置连接比较器u1的反相输入端，比较器u1的正向输入端接收参考电压vref（该参考电压vref可以通过分压电路获取）。
66.比较器u1的输出端为该电平信号控制板4的输出端out2。
67.确定上拉电源vcc及vref之间的关系，使得在npn三极管q2截止时vcc＞vref。
68.这样，在工控机1的串口com3输出对应第三指令的控制信号时，可以控制npn三极管q2导通/截止。
69.在三极管q2截止时vcc＞vref，在电平信号控制板4的输出端输出低电平（即，逻辑0），在三极管q2导通时vref＞0v，在电平信号控制板4的输出端输出高电平（即，逻辑1）。
70.由此，通过控制工控机1发送至电平信号控制板4的第三指令的周期，可以控制高/低电平占空比，实现不同开关量输入信号。
71.直流供电装置向辅助逆变器控制板提供直流电压。
72.在本技术中，直流供电装置包括直流可调电源8和斩波器9。
73.斩波器9接收直流可调电源8输出的固定直流电压，该固定直流电压根据直流可调电源8的调节而变化，一经调节后可保持不变。
74.斩波器9接收工控机1的串口com4输出的调制指令（例如频率调制指令或脉宽调制指令），对接收到的该固定直流电压进行斩波。
75.由于直流可调电源8输出的直流电压是可调节的，因此，可以实现多级电压输入，能够满足辅助逆变器控制板的多个交流电压输出的测试。
76.为了测试辅助逆变器接收到上述所模拟的输入信号（包括模拟电压输入信号、频率输入信号和开关量输入信号）后，其输出是否是正确的，以定位辅助逆变器控制板的故障点，设计了电机负载模拟器5、以及脉冲信号捕捉器6。
77.电机负载模拟器5接收辅助逆变器控制板输出的交流电压，并将电机负载模拟器5输出的负载电流信息通过rs485通讯方式发送至信号采集板7。
78.脉冲信号捕捉器6接收辅助逆变器控制板输出的脉冲输出信号，并通过can通讯方式将脉冲输出信号的频率信息发送至信号采集板7。
79.信号采集板7的rs232串口与工控机1的串口com5通讯连接，用于将信号采集板7采集到的该负载电流信息及频率信息发送至工控机1。
80.信号采集板7采用单片机或arm开发的一块集成电路板，集数字量输入输出、模拟量输入输出、脉冲输入于一体，用于收集与之连接的模块的输入输出信号。
81.工控机1根据接收到的信号及理论输出的指令信号，判断辅助逆变器控制板是否存在故障。
82.并且可以改变不同的输出指令，获取不同的反馈信号，由此判断控制板的故障点。
83.工控机1可以采用rs232与第一蓝牙串口转换模块（未示出）通信，第二蓝牙串口转换模块（未示出）采用rs232与信号采集板7通信。
84.工控机1内安装有软件，其根据输出的第一指令、第二指令、第三指令及调制指令、以及接收到的频率信息及负载电流信息，分析该辅助逆变器控制板是否故障且定位故障点，提高检测效率，且无需人工参与，降低检修人员任务量。
85.可以通过更改工控机1的输出指令（包括第一指令、第二指令、第三指令及调试指令），实现多次不同输入信息下的测试，提高检测准确度。
86.工控机1上安装的软件可以采用vb.nte编程语言开发可视化界面，可用于显示由信采集板7输出的负载电流信号（例如电流曲线）及频率信号。
87.并且，工控机1内软件可以自动产生日志文本，其存储在存储器中，便于查看对辅助逆变器控制板的测试分析记录，且也可以输出测试记录文件，并根据分析，自动出具辅助逆变器控制板的测试报告。
88.在有些情况下，辅助逆变器控制板上还设置有加热装置（未示出），为了对该加热装置的温湿度情况进行监控，参考图1中虚线部分，通过温湿度传感器10检测该加热装置的温湿度信号。
89.温湿度传感器10输出例如4
‑
20ma模拟电流信号，并发送至信号采集板7。信号采集板7也会将该模拟电流信号发送至工控机1作为故障分析的依据，用于辅助辅助逆变器控制板的故障分析。
90.为了监控辅助逆变器控制板对外围器件，例如继电器的控制，也会对其开关量输出端输出的开关量输出信号进行监控，参考图1中虚线部分，通过电平隔离电路11隔离辅助逆变器控制板输出的开关量输出信号，并将隔离后的开关量输出信号发送至信号采集板7。
91.信号采集板7也会将隔离后的开关量输出信号发送至工控机1作为故障分析的依据，用于辅助辅助逆变器控制板的故障分析。
92.电平隔离电路11隔离高低电平信号，以保护信号采集板7及辅助逆变器控制板。
93.电平隔离电路11可以采用开关控制元件、电阻及光电耦合器搭建而成。
94.举例说明，参见图4，其示出一种电平隔离电路11的结构。
95.电平隔离电路11包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、pnp三极管q3、以及光电耦合器oc。
96.辅助逆变器控制板的开关量输出端d_in通过电阻r1连接pnp三极管q3的基极，集电极接下拉电阻r2，发射极连接光电耦合器oc的阴极k，光电耦合器oc的阳极a接电源vcc（例如 5v），光电耦合器oc的集电极通过电阻r3连接上拉电源vcc，光电耦合器oc的发射极接地，电平隔离电路11的输出端d_out连接光电耦合器oc的集电极和电阻r3之间的连接位置。
97.在d_in输出为低电平时，pnp三极管q3导通，此时光电耦合器oc的发光器发出光线，照射到受光器上，受光器接收光线后导通，此时d_out被下拉至地，即d_out输出也为低电平。
98.在d_in输出为高电平时，pnp三极管q3截止，此时光电耦合器oc的发光器不发出光线，因此受光器不导通，此时d_out被上拉至vcc，即d_out输出也为低电平。
99.通过电平隔离电路11实现辅助逆变器控制板输出的高/低电平信号的隔离输出。
100.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。