一种机车变压器谐振频率检测方法及装置制造方法
【专利摘要】一种机车变压器谐振频率检测方法及装置，包括扫频分析仪、取样电阻、电脑，其中扫频分析仪包括信号发生器，高速采集卡，扫频分析仪的输出端口Vs直接与输入端口Va连接，高速采集卡采集输入端口Va的频率、电压和相位信号作为第一个参考信号；取样电阻与扫频分析仪的输入端口Vb连接，高速采集卡采集输入端口Vb的频率、电压和相位信号作为第二个参考信号，扫频分析仪与电脑连接，将高速采集卡采集的第一个参考信号和第二个参考信号都输入到电脑中，通过电脑中的软件找出变压器的谐振频率。本发明装置简易，方便携带，能快速、准确的检测出变压器的谐振频率。
【专利说明】一种机车变压器谐振频率检测方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及高铁机车牵引系统的安全防范，具体涉及影响牵引系统的安全运行的变压器谐振频率检测的方法及装置。
【背景技术】
[0002]机车变压器是用于高铁牵引系统的核心部件，变压器后端接滤波电抗器、变流器等负载。来自牵引变流器的谐波激励，变压器产生的谐振效应，改变了变压器的输入、输出阻抗特性和带负载能力，造成整个牵引系统对变流器的不匹配，危害整个牵引系统的安全运行。
[0003]针对上述情况，研制出的机车变压器，出厂前试验验证，确定其谐振频率点。整体牵引系统工作频率范围必须避开变压器、电抗器、变流器等核心部件的谐振点，从而避免变压器运行过程中产生谐振，确保机车牵引系统的安全运行。
[0004]由以上所述，如何提供一种检测方法和装置，以实现对机车变压器谐振频率点的测量，从而避免变压器运行过程中产生谐振的，确保机车牵引系统的安全运行。成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
[0005]通过国内检索发现以下专利与本发明有相似之处:
申请号为201410282756.X，名称为“交流电气化铁道牵引网阻抗频率特性测试装置”的发明。此发明提供了一种交流电气化铁道牵弓I网阻抗频率特性测试装置，由降压变压器TP、谐波源HS、监控装置MC、电压传感器TV、电流传感器TA构成。监控装置MC控制谐波源HS发出谐波电流，通过降压变压器TP原边绕组注入到牵引网中；电压传感器TV、电流传感器TA分别检测接触网T和钢轨G之间谐波电压和向牵弓I网注入的谐波电流，监控装置MC接收电压传感器TV和电流传感器TA的输出信号，完成谐波阻抗计算。在接触网通电情况下即可通过调整谐波源发出电流的频率和幅值，获得牵引网的阻抗频率特性，进而得到谐振频率。此发明可用于新建电气化铁路的联调联试，也可用于既有线路，为解决谐振问题、保障供电安全提供技术支持。
[0006]申请号为201310219729.3，名称为“工频调感谐振装置及其调频判断工频串联谐振状态的方法”的发明。此发明公开了一种工频调感谐振装置及其调频判断工频串联谐振状态的方法，包括变频控制电源，为励磁变压器一次侧提供电压，励磁变压器二次侧通过一高压可调电抗器连接至被检测试品；还包含一与变频控制电源连接的电压采集单元，变频控制电源根据采集到的电压信号，给出信号驱动电感电动调节机构调节高压可调电抗器，使整个系统在工频下谐振。此方法采用变频电源，当电抗器调节好以后，通过在低压下自动谐振的方式来寻找谐振点，比较谐振频率点与频率点50Hz的差异来判断谐振情况，指出电抗器气隙的调节量和方向，能快速判断谐振状态和快速实现工频谐振，便于实现电压互感器现场校验时的工频谐振升压，提高了劳动生产效率，具有良好的应用前景。
[0007]虽然以上2个专利都是寻找谐振频率的方法及装置但在结构和原理上都与本发明有较大的不同。
【发明内容】
[0008]本发明要解决的技术问题是:如何针对变压器产生的谐振效应会影响到牵引系统的安全运行，提出一种有效的变压器谐振频率检测的方法及装置，以实现对变压器谐振点的检测。
[0009]针以上述问题，本发明提出的技术方案是:一种机车变压器谐振频率检测的方法及装置，包括扫频分析仪、取样电阻、电脑，其中扫频分析仪包括信号发生器，高速采集卡，扫频分析仪的输出端口 Vs直接与输入端口 Va连接，高速采集卡采集输入端口 Va的频率、电压和相位信号作为第一个参考信号；取样电阻与扫频分析仪的输入端口 Vb连接，高速采集卡采集输入端口 Vb的频率、电压和相位信号作为第二个参考信号，扫频分析仪与电脑连接，将高速采集卡采集的第一个参考信号和第二个参考信号都输入到电脑中，通过电脑中的软件找出变压器的谐振频率。
[0010]进一步地，扫频分析仪中的信号发生器与输出端口 Vs相连，使得输出端口 Vs能输出0.05kHz-lMHz的频率及10Vp-p的电压。
[0011]进一步地，扫频分析仪输出端口 Vs直接与输入端口 Va连接，使得输入端口 Va的频率、电压和相位总是与输出端口 Vs的频率、电压和相位相同，将输入端口 Va的频率、电压和相位信号作为第一个参考信号输入到电脑中。
[0012]进一步地，取样电阻有2个，根据变压器的阻抗大小来选择将取样电阻a或取样电阻b连接到电路中。
[0013]进一步地，变压器次级线圈与取样电阻连接，取样电阻与扫频分析仪的输入端口Vb连接，高速采集卡采集输入端口 Vb的频率、电压和相位信号作为第二个参考信号输入到电脑中。
[0014]进一步地，扫频分析仪与电脑连接，扫频分析仪的高速采集卡从输入端口 Va和输入端口 Vb采集到的频率、电压和相位信息传输到电脑中进行处理。
[0015]进一步地，检测变压器谐振频率时，保持扫频分析仪的信号发生器的输出电压不变，将频率从0.05kHz逐渐增加直至IMHz，通过电脑软件比对输入端口 Va的频率、电压和相位信息与输入端口 Vb的频率、电压和相位信息找到变压器的谐振频率。
[0016]一种机车变压器谐振频率检测的装置，扫频分析仪的输出端口 Vs直接与输入端口 Va连接，输入端口 Va与变压器初级线圈连接。变压器次级线圈与取样电阻连接，取样电阻与扫频分析仪的输入端口 Vb连接，扫频分析仪还与电脑连接。
[0017]进一步地，扫频分析仪的输出端口 Vs直接与输入端口 Va连接，输入端口 Va与变压器初级线圈连接，使得输入端口 Va的频率、电压和相位信号能形成第一个参考信号输入到电脑中。
[0018]进一步地，变压器次级线圈与取样电阻连接，取样电阻与扫频分析仪的输入端口Vb连接，使得输入端口 Vb的频率、电压和相位信号能形成第二个参考信号输入到电脑中。
[0019]本发明的优点是:
1.能快速、准确的检测出变压器的谐振频率，使得整体牵引系统工作频率范围避开变压器的谐振频率，防止变压器产生谐振，从而确保牵引系统安全可靠的运行；
2.装置简易，方便携带，使用范围广，可适合各类变压器谐振频率检测； 3.检测方法简单，操作简易，检测过程中对变压器无任何损伤。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明的连接示意图；
图中:1扫频分析仪、11输出端口 Vs、12输入端口 Va、13输入端口 Vb、2变压器、21初级线圈、22次级线圈、31取样电阻a、32取样电阻b、4屏蔽通讯电缆、5电脑。
【具体实施方式】
[0021]下面结合实施例和附图对本发明做一步的描述:
实施例一
如图1所示，扫频分析仪I输出端口 Vsll直接与输入端口 Val2连接，输入端口 Val2与变压器2初级线圈21连接，变压器2次级线圈22与取样电阻连接，取样电阻与扫频分析仪I的输入端口 Vbl3连接，扫频分析仪I还与电脑5连接。为了有效的阻止电磁辐射干扰，降低信号传输的误码率，上述连接都是采用屏蔽通讯电缆4进行连接的。
[0022]扫频分析仪I内有信号发生器，高速采集卡(在图中未画出)，所述信号发生器与输出端口 Vsll相连，能输出0.05kHz-lMHz的频率及10Vp-p的电压。由于输出端口 Vsll直接与输入端口 Val2连接，所以输入端口 Val2的频率、电压和相位总是与输出端口 Vsll的频率、电压和相位相同。所述高速采集卡采集输入端口 Val2的频率、电压和相位信号作为第一个参考信号。
[0023]变压器2次级线圈22与取样电阻连接，由于在阻抗匹配的情况下能提高变压器2的传输效率，所以要根据变压器2的阻抗大小来选择将取样电阻a31连接到电路中还是将取样电阻b32连接到电路中。本实施例中取样电阻a31采用的是0.2Ω的钼电阻，取样电阻b32采用的是0.5Ω的钼电阻。
[0024]取样电阻a31或取样电阻b32与扫频分析仪I的输入端口 Vbl3连接，由于电压器的初级线圈21和次级线圈22的匝数是固定不变的，所以输入端口 Vbl3的电压值由输出端口 Vsll的电压和频率决定。而输入端口 Vbl3的相位则由变压器2的连接方式及输出端口Vsll的频率决定。如果此时仅改变输出端口 Vsll的频率，那么输入端口 Vbl3的频率、电压和相位都会随着输出端口 Vsll的频率的变化而发生变化。当然，输入端口 Vbl3的频率总是跟输出端口 Vsll的频率是相同的。高速采集卡采集输入端口 Vbl3的频率、电压和相位信号作为第二个参考信号。
[0025]本发明所用的电脑5通常是笔记本电脑5，扫频分析仪I中的高速采集卡与笔记本电脑5连接，笔记本电脑5中装有对频率、电压和相位信号等内容进行分析处理的软件，检测变压器谐振频率时，保持扫频分析仪I的信号发生器的输出电压不变，将频率从0.05kHz逐渐增加直至1MHz。高速采集卡会将此过程中采集到的输入端口 Val2的频率、电压和相位信号与采集的输入端口 Vbl3的频率、电压和相位信号都输入到电脑5中。
[0026]上述的电脑软件能提供频率与电压的特征图，以及频率与相位的特征图。当观察频率与电压的特征图时，频率的数值在电脑5的显示器上用X轴表示，电压的值用Y轴表示。由于输入端口 Val2的频率和输入端口 Vbl3的频率始终保持同步，因此在电脑5的显示器上能看到频率从0.05kHz逐渐增加直至IMHz过程中，输入端口 Val2与输入端口 Vbl3在每一个相同的频率点所对应的电压值。
[0027]当观察频率与相位的特征图时，频率的数值在电脑5的显示器上用X轴表示，相位的值用Y轴表示。由于输入端口 Val2的频率和输入端口 Vbl3的频率始终保持同步，因此在电脑5的显示器上能看到频率从0.05kHz逐渐增加直至IMHz过程中，输入端口 Val2与输入端口 Vbl3在每一个相同的频率点所对应的相位值。
[0028]找出在频率与电压的特征图中，输入端口 Val2与输入端口 Vbl3的电压值差异最大，并且在频率与相位的特征图中，相位过零点的那个频率。那么此频率就是变压器2的谐振频率。此外,所述电脑软件也能将频率、电压和相位的信息输出为excel表格，供分析参考。
[0029]很显然，在不脱离本发明所述原理的前提下，作出的若干改进或修饰都应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种机车变压器谐振频率检测的方法，包括扫频分析仪、取样电阻、电脑，其中扫频分析仪包括信号发生器，高速采集卡，其特征在于，扫频分析仪的输出端口 Vs直接与输入端口 Va连接，高速采集卡采集输入端口 Va的频率、电压和相位信号作为第一个参考信号；取样电阻与扫频分析仪的输入端口 Vb连接，高速采集卡采集输入端口 Vb的频率、电压和相位信号作为第二个参考信号，扫频分析仪与电脑连接，将高速采集卡采集的第一个参考信号和第二个参考信号都输入到电脑中，通过电脑中的软件找出变压器的谐振频率。
2.根据权利要求1所述的一种机车变压器谐振频率检测的方法，其特征在于，扫频分析仪中的信号发生器与输出端口 Vs相连，使得输出端口 Vs能输出0.05kHz-lMHz的频率及lOVp-p的电压。
3.根据权利要求1所述的一种机车变压器谐振频率检测的方法，其特征在于，扫频分析仪输出端口 Vs直接与输入端口 Va连接，使得输入端口 Va的频率、电压和相位总是与输出端口 Vs的频率、电压和相位相同，将输入端口 Va的频率、电压和相位信号作为第一个参考信号输入到电脑中。
4.根据权利要求1所述的一种机车变压器谐振频率检测的方法，其特征在于，取样电阻有2个，根据变压器的阻抗大小来选择将取样电阻a或取样电阻b连接到电路中。
5.根据权利要求1所述的一种机车变压器谐振频率检测的方法，其特征在于，变压器次级线圈与取样电阻连接，取样电阻与扫频分析仪的输入端口 Vb连接，高速采集卡采集输入端口 Vb的频率、电压和相位信号作为第二个参考信号输入到电脑中。
6.根据权利要求1所述的一种机车变压器谐振频率检测的方法，其特征在于，扫频分析仪与电脑连接，扫频分析仪的高速采集卡从输入端口 Va和输入端口 Vb采集到的频率、电压和相位信息传输到电脑中进行处理。
7.根据权利要求1所述的一种机车变压器谐振频率检测的方法，其特征在于，检测变压器谐振频率时，保持扫频分析仪的信号发生器的输出电压不变，将频率从0.05kHz逐渐增加直至IMHz，通过电脑软件比对输入端口 Va的频率、电压和相位信息与输入端口 Vb的频率、电压和相位信息找到变压器的谐振频率。
8.一种机车变压器谐振频率检测的装置，其特征在于，扫频分析仪的输出端口 Vs直接与输入端口 Va连接，输入端口 Va与变压器初级线圈连接；变压器次级线圈与取样电阻连接，取样电阻与扫频分析仪的输入端口 Vb连接，扫频分析仪还与电脑连接。
9.根据权利要求8所述的一种机车变压器谐振频率检测的装置，其特征在于，扫频分析仪的输出端口 Vs直接与输入端口 Va连接，输入端口 Va与变压器初级线圈连接，使得输入端口 Va的频率、电压和相位信号能形成第一个参考信号输入到电脑中。
10.根据权利要求8所述的一种机车变压器谐振频率检测的装置，其特征在于，变压器次级线圈与取样电阻连接，取样电阻与扫频分析仪的输入端口 Vb连接，使得输入端口 Vb的频率、电压和相位信号能形成第二个参考信号输入到电脑中。
【文档编号】G01R31/00GK104391204SQ201410726866
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年12月4日 优先权日:2014年12月4日
【发明者】李小满, 殷强, 党浩, 张乐, 方亮 申请人:南车株洲电机有限公司