探析电子设备在铁路机车车辆中应用

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1、探析电子设备在铁路机车车辆中应用　　摘要:本文根据笔者多年工作经验对电子设备在铁路机车车辆中的应用进行了简单的分析阐述。关键词:电子设备；铁路机车车辆；应用Abstract:inthispaper,accordingtothewriter’sexperienceonApplicationofelectronicequipmentinrailwaylocomotiveswerepresentedinsimpleanalysis.Keywords:electronicequipment;railwayvehicles;application中图分类号：F407.472文献标识码：A文章编号：一、电

2、子设备的可靠性7电子器件可靠性高，这就意味着其故障率很低。故障率即为工作每小时的故障数。例如晶体管的基本故障率为5×10-8次/小时，其倒数为故障间隔的平均时间（MTBF），约为4000年。单个电子器件的可靠性非常高，而电位器和继电器由于有机械运动件存在，所以其可靠性低。与采用单个工作电路可靠性相比，采用集成电路（IC）可靠性得到了提高。由大量元件和连线组成的大规模的电路可以由一块集成电路代替。而在集成电路中，数字集成电路的可靠性更好。随着集成电路功能不断的强化，其故障率也仅略为增加。因此，在机车中采用集成化电路可以大大提高其工作可靠性，降低故障率。每种元器件都有其固定的故障率及MTBF时间。

3、由于负载、壁垒层温度和工作方法及使用的环境条件等对元器件可靠性影响很大，所以这些数值的变化范围很广。一个系统的故障率，不能按其组成部件的故障率简单地相加或相乘而求得。在实际工作中，采用冗余技术可显著提高机车工作可靠性，这是因为机车同时发生很多故障的情况极少，这样系统的功能可以全部或部分得到保持而不受到破坏。因此，冗余电子系统大的实用价值很高，所以在机车车辆上运用十分普遍。考察机车故障率可以得知，改善机车车辆运行的不利环境条件和减少元器件数量是研制机车车辆电子设备的两种大趋势。二、变流器功率器件采用大功率半导体元件是变流器功率器件的发展趋势，并且尽量减少可控硅元件的数量。对于近郊机车，这个目标已

4、基本达到。机车每个功能仅采用一个元件来控制实现。在功率范围为1000千瓦以下时，没有必要串联或并联可控硅元件。对于地铁和动车，是通过交流传动的，各有一个可控硅元件和二极管安置在相序逆变器的臂上，所以总共有六个二极管和六个可控硅元件。7对于大功率机车，必须增加半导体元件数。当大功率机车功率超过1000千瓦时，必须将可控硅元件和二级管串联或并联，或者在某些情况下，必须在一台机车上设置多个变流器系统，从而提高大功率机车元件的使用率，并将半导体元件的数目控制在较小的范围内，采用相应的结构，组成对环境影响不敏感和无需维护的变流器。在空气冷却方面，将冷却空气导入仅放置有散热器的风筒内皆可以实现上述目标。可

5、控硅元件安装于散热器之间冷却气流之外，目的是为了防止灰尘积聚附加有塑料环。采用这种结构的变流器不需要维护，适当的配制散热器和通风设备，可以使半导体元件具有良好的散热效率。采用油冷却可以使变流器结构紧凑，从而更好地将集中在可控硅元件内部的热量排出。因此，每个半导体元件的功率都可以单独增大。为了排除热量，必需采用一个没有中冷器的循环油路。机车的蒸发冷却可以利用流体的汽化热，流体蒸发时吸热，冷却时又将放热。正因为这样，热量可由半导体元件的散热器传送至中冷器而不存在温度梯度。机车上半导体元壁垒层至环境空气的温度路可用于传送少许热量；而热阻减小又使得从可控硅元件排出的热里增加。因此，即使是大功率可控硅元

6、件，其散热效率也很高，每个半导体元件都能传送最大的功率。7三、控制装置随着机车车辆上变流器功能的多样化，其负荷效率已接近容许负荷的极限。因此，要求其具有更完善的监控和控制功能。此外，从实际使用情况出发，对机车控制装置的信息传递和处理也提出了更高的要求。虽然模拟调节装置的集成运算放大器和数字控制装置的集成电路的功能范围均较宽，但依然令整个电子集成装置的体积达到了极限。电流型三相逆变装置的传动调节部分仅有两层，并装有LUB电网侧整流器和相序逆变器。根据机车和变流器的调节和控制功能来专门研制印刷电路板，可减少其相应的投资。这样，机车电子装置就满足了技术经济指标的高要求。通过采用微型计算机，控制装置可

7、以得到进一步的发展。它可以进行简单的逻辑和算术运算，几乎可以满足所有必需的调节、控制功能的计算需要。专门应用于机车上的微型计算机系统已由某电气制造商研制成功。它将具有数据处理功能的计算机、数据和程序的储存器以及将计算机与机车相连接的模拟量与数字量的接口集成为一个整体。它可以在计算机系统上依次实现所有的控制功能，并且具有处理速度快、功能多等优点。因此可利用其基本部件，实现减小复杂控制装置电子设备的目