孟　輝，梁星星（武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，武漢 430064）

?

船用便攜式隔離放大器盒故障診斷裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

孟輝，梁星星
（武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，武漢 430064）

摘要：船用隔離放大器盒負(fù)責(zé)采集推進(jìn)電機(jī)的前、后電樞電流信號(hào)進(jìn)行處理，從而平衡電機(jī)的電樞電流，以保證電機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。本文通過(guò)分析隔離放大器盒的特性，研制出一種便攜式隔離放大器盒故障診斷裝置。經(jīng)試驗(yàn)證明，該裝置體積小、操作方便、故障定位準(zhǔn)確，能實(shí)現(xiàn)故障的船員級(jí)修理，提高故障判定速度。

關(guān)鍵詞：船用便攜隔離放大器盒故障診斷

0　引言

某型船用推進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為雙電樞結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包含兩臺(tái)可串、并聯(lián)自由組合的推進(jìn)電機(jī)，在特定航行工況下推進(jìn)電機(jī)的雙電樞為并聯(lián)方式，為保證推進(jìn)電機(jī)的電樞在并聯(lián)時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩一致，使推進(jìn)電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，需注意雙電樞的電樞電流均衡問(wèn)題[1]。

隔離放大器盒屬于電力推進(jìn)分系統(tǒng)的重要設(shè)備，負(fù)責(zé)采集推進(jìn)電機(jī)的前電樞、后電樞兩路電樞電流信號(hào)進(jìn)行處理再送入勵(lì)磁調(diào)節(jié)器進(jìn)行運(yùn)算，從而平衡電機(jī)的電樞電流。隔離放大器處理的電壓信號(hào)為毫伏級(jí)，如果隔離放大器盒出現(xiàn)故障或采集的信號(hào)偏差較大，則直接影響兩個(gè)電樞電流平衡功能，從而影響推進(jìn)電機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。而當(dāng)推進(jìn)系統(tǒng)處于停泊狀態(tài)時(shí)，無(wú)法提供隔離放大器盒測(cè)試信號(hào)，船員在現(xiàn)場(chǎng)不具備故障判定、調(diào)試校準(zhǔn)條件，均需派專門的技術(shù)服務(wù)人員攜帶很多設(shè)備前往現(xiàn)場(chǎng)處理，影響部隊(duì)出航任務(wù)。因此，研制一臺(tái)便攜式、精度滿足要求且實(shí)現(xiàn)船員級(jí)修理的隔離放大器盒故障診斷裝置對(duì)加速船上故障的判定、提高服務(wù)質(zhì)量具有很大意義。

1　方案的總體設(shè)計(jì)

針對(duì)隔離放大器盒的特性[2]進(jìn)行分析，提出研制一套基于通用儀表概念的故障診斷裝置。該裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包含四部分功能模塊：±15V控制電源功能模塊、0～75mV測(cè)試信號(hào)發(fā)生功能模塊、測(cè)試信號(hào)判斷處理功能模塊、輸出信號(hào)判斷處理及測(cè)試結(jié)果顯示功能模塊。其功能示意圖如圖1所示。

圖1　基于通用儀表的故障診斷裝置主要實(shí)現(xiàn)功能示意圖

表1　根據(jù)隔離放大器盒檢驗(yàn)要求

2　模塊設(shè)計(jì)與電路的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)隔離放大器盒檢驗(yàn)要求[3]，可將四個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)方案逐一進(jìn)行分析。隔離放大器盒檢驗(yàn)要求見(jiàn)表1。

2.1 控制電源功能模塊

該模塊采用AC220 V作為電源輸入，通過(guò)變壓器降壓后再經(jīng)過(guò)整流橋整流輸入到控制電源芯片，從而得到系統(tǒng)所需的±15 V直流控制電源?？刂齐娫匆蠓€(wěn)定性高，電源電壓偏差要求在±0.1 V范圍內(nèi)。

常規(guī)變壓器體積較大，為盡量減小裝置體積，本設(shè)計(jì)選用直插式環(huán)形變壓器進(jìn)行外圍電路的設(shè)計(jì)。AC220 V輸入后，經(jīng)過(guò)變壓器的降壓得到約20 V的交流電源，再經(jīng)過(guò)二極管整流電路整流，然后輸送到電源控制芯片LM317BF、LM337BF，進(jìn)行處理后得到恒定的±15 V控制電源。

2.2 0～75 mV調(diào)試信號(hào)的選擇功能模塊

0～75 mV調(diào)試信號(hào)的精度決定著隔離放大器盒的輸出偏差，進(jìn)而影響推進(jìn)系統(tǒng)的平衡功能。其性能要求：調(diào)節(jié)范圍為0～75 mV，調(diào)節(jié)精度為±0.1mV，線性度與穩(wěn)定性好。

常規(guī)試驗(yàn)室調(diào)試時(shí)，調(diào)試信號(hào)的獲取常用鉀電池供電或直流電源加電阻箱分壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，獲取的毫伏信號(hào)極易漂移，需頻繁對(duì)毫伏信號(hào)進(jìn)行整定。為保證能獲取穩(wěn)定的0～75 mV調(diào)試信號(hào)，本設(shè)計(jì)選用AD公司的專用電壓－電流轉(zhuǎn)換芯片AD2B20來(lái)直接實(shí)現(xiàn)。該模塊封裝尺寸?。?.1″×1.1″×0.4″），溫漂低（0.005%/℃），最大非線性誤差僅為0.005%，且單獨(dú)模塊即可實(shí)現(xiàn)所需電流信號(hào)，外部電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。

2.3 測(cè)試信號(hào)判斷處理功能模塊

測(cè)試信號(hào)判斷處理功能模塊將0 V、75 mV信號(hào)分別送至前電樞、后電樞的電樞電流隔離放大電路中。根據(jù)檢試大綱要求，隔離放大器板的放大性能為：當(dāng)輸入0 V信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)為－0.01～0.01 V；當(dāng)輸入為75 mV時(shí)，輸出信號(hào)為3.98～4.02 V。

該功能模塊中主要實(shí)現(xiàn)邊界值判斷功能，主要采用運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)。＋0.01 V和－0.01 V邊界值生成電路如圖2所示，3.98 V和4.02 V邊界值生成電路如圖3所示。

圖3　3.98V和 4.02V邊界值生成申路

圖4　0V信號(hào)輸入時(shí)測(cè)試邊界判斷及狀態(tài)顯示申路

2.4 輸出信號(hào)判斷處理及測(cè)試結(jié)果顯示功能模塊

為比較直觀的查看測(cè)試結(jié)果，系統(tǒng)采用LED燈進(jìn)行結(jié)果顯示。

當(dāng)輸入為0 V時(shí)，相應(yīng)前、后電樞隔離放大電路輸出在＋0.01 V至－0.01 V之間，LED燈1亮；

當(dāng)輸入為75 mV時(shí)，相應(yīng)前、后電樞隔離放大電路輸出電壓在3.98 V至4.02 V之間，LED2指示燈亮。

0V信號(hào)輸入時(shí)測(cè)試邊界判斷及狀態(tài)顯示電路如圖4。

按照以上功能模塊的設(shè)計(jì)可繪制出裝置的電路原理圖，并進(jìn)行了實(shí)物的組裝。裝置完成以后，本設(shè)計(jì)還針對(duì)試驗(yàn)室單板調(diào)試或船上備件的調(diào)試提供了專門的電連接器轉(zhuǎn)換接口，極大的提高調(diào)試效率。

3　試驗(yàn)與結(jié)論

在試驗(yàn)室測(cè)試環(huán)境下對(duì)裝置進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明便攜式隔離放大器盒故障診斷

裝置的體積小，重量輕：尺寸為149×130×50 mm，重量為0.5 kg，便攜性良好；精度驗(yàn)證，分別對(duì)5個(gè)批次共20只隔離放大器盒進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明：輸出電壓值均在4±0.02范圍內(nèi)，精度等技術(shù)指標(biāo)滿足檢試大綱要求，故障均能百分之百定位，且成本低、開(kāi)發(fā)周期短，裝置達(dá)到了設(shè)計(jì)的技術(shù)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)-運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：165.

[2] 張志華.ZTL-6G勵(lì)磁調(diào)節(jié)器技術(shù)條件[Z].武漢：武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，2005.

[3] 唐軍.ZTL-6G勵(lì)磁調(diào)節(jié)器檢試大綱[Z].武漢：武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，2014.

Design of a Portable Fault Diagnosis Device for Marine Isolation Amplifier Box

Meng Hui,Liang Xingxing
（Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion，Wuhan 430064，China）

Abstract:Marine isolation amplifier box is responsible for collecting the before and after armature current signal and processing it,so as to balance the motor armature current,and ensure the motor keep smooth running.The paper introduces that a portable fault diagnosis device is developed for isolation amplifier box by analyzing characteristics,the experiments show that the device is small in size,convenient operation,and accurate fault location,and the crew of maintenance can be realized,and the speed of fault judgment can be improved by the device.

Keywords:marine;isolation;amplifier box;fault diagnosis

作者簡(jiǎn)介：孟輝（1981-），女，工程師。研究方向：電力電子與電力傳動(dòng)。

收稿日期：2015-08-09

中圖分類號(hào)：U672

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-4862（2015）11-0018-03