船用便攜式隔離放大器盒故障診斷裝置的設(shè)計與實現(xiàn)

孟　輝，梁星星（武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064）

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船用便攜式隔離放大器盒故障診斷裝置的設(shè)計與實現(xiàn)

孟輝，梁星星
（武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064）

摘要：船用隔離放大器盒負責采集推進電機的前、后電樞電流信號進行處理，從而平衡電機的電樞電流，以保證電機的平穩(wěn)運行。本文通過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)試驗證明，該裝置體積小、操作方便、故障定位準確，能實現(xiàn)故障的船員級修理，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

某型船用推進電機結(jié)構(gòu)設(shè)計為雙電樞結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包含兩臺可串、并聯(lián)自由組合的推進電機，在特定航行工況下推進電機的雙電樞為并聯(lián)方式，為保證推進電機的電樞在并聯(lián)時輸出轉(zhuǎn)矩一致，使推進電機平穩(wěn)運行，需注意雙電樞的電樞電流均衡問題[1]。

隔離放大器盒屬于電力推進分系統(tǒng)的重要設(shè)備，負責采集推進電機的前電樞、后電樞兩路電樞電流信號進行處理再送入勵磁調(diào)節(jié)器進行運算，從而平衡電機的電樞電流。隔離放大器處理的電壓信號為毫伏級，如果隔離放大器盒出現(xiàn)故障或采集的信號偏差較大，則直接影響兩個電樞電流平衡功能，從而影響推進電機的平穩(wěn)運行。而當推進系統(tǒng)處于停泊狀態(tài)時，無法提供隔離放大器盒測試信號，船員在現(xiàn)場不具備故障判定、調(diào)試校準條件，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)場處理，影響部隊出航任務(wù)。因此，研制一臺便攜式、精度滿足要求且實現(xiàn)船員級修理的隔離放大器盒故障診斷裝置對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

針對隔離放大器盒的特性[2]進行分析，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，主要包含四部分功能模塊：±15V控制電源功能模塊、0～75mV測試信號發(fā)生功能模塊、測試信號判斷處理功能模塊、輸出信號判斷處理及測試結(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現(xiàn)功能示意圖

表1　根據(jù)隔離放大器盒檢驗要求

2　模塊設(shè)計與電路的實現(xiàn)

根據(jù)隔離放大器盒檢驗要求[3]，可將四個功能模塊的設(shè)計方案逐一進行分析。隔離放大器盒檢驗要求見表1。

2.1 控制電源功能模塊

該模塊采用AC220 V作為電源輸入，通過變壓器降壓后再經(jīng)過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。控制電源要求穩(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)計選用直插式環(huán)形變壓器進行外圍電路的設(shè)計。AC220 V輸入后，經(jīng)過變壓器的降壓得到約20 V的交流電源，再經(jīng)過二極管整流電路整流，然后輸送到電源控制芯片LM317BF、LM337BF，進行處理后得到恒定的±15 V控制電源。

2.2 0～75 mV調(diào)試信號的選擇功能模塊

0～75 mV調(diào)試信號的精度決定著隔離放大器盒的輸出偏差，進而影響推進系統(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)試驗室調(diào)試時，調(diào)試信號的獲取常用鉀電池供電或直流電源加電阻箱分壓來實現(xiàn)，獲取的毫伏信號極易漂移，需頻繁對毫伏信號進行整定。為保證能獲取穩(wěn)定的0～75 mV調(diào)試信號，本設(shè)計選用AD公司的專用電壓－電流轉(zhuǎn)換芯片AD2B20來直接實現(xiàn)。該模塊封裝尺寸小（1.1″×1.1″×0.4″），溫漂低（0.005%/℃），最大非線性誤差僅為0.005%，且單獨模塊即可實現(xiàn)所需電流信號，外部電路實現(xiàn)簡單。

2.3 測試信號判斷處理功能模塊

測試信號判斷處理功能模塊將0 V、75 mV信號分別送至前電樞、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：當輸入0 V信號時，輸出信號為－0.01～0.01 V；當輸入為75 mV時，輸出信號為3.98～4.02 V。

該功能模塊中主要實現(xiàn)邊界值判斷功能，主要采用運算放大器來實現(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信號輸入時測試邊界判斷及狀態(tài)顯示申路

2.4 輸出信號判斷處理及測試結(jié)果顯示功能模塊

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

當輸入為0 V時，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；

當輸入為75 mV時，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信號輸入時測試邊界判斷及狀態(tài)顯示電路如圖4。

按照以上功能模塊的設(shè)計可繪制出裝置的電路原理圖，并進行了實物的組裝。裝置完成以后，本設(shè)計還針對試驗室單板調(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　試驗與結(jié)論

在試驗室測試環(huán)境下對裝置進行驗證，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；精度驗證，分別對5個批次共20只隔離放大器盒進行測試，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)指標滿足檢試大綱要求，故障均能百分之百定位，且成本低、開發(fā)周期短，裝置達到了設(shè)計的技術(shù)要求。

參考文獻：

[1] 陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)-運動控制系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003：165.

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

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

作者簡介：孟輝（1981-），女，工程師。研究方向：電力電子與電力傳動。

收稿日期：2015-08-09

中圖分類號：U672

文獻標識碼：A

文章編號：1003-4862（2015）11-0018-03