船用便携式隔离放大器盒故障诊断装置的设计与实现

孟　辉，梁星星（武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064）



船用便携式隔离放大器盒故障诊断装置的设计与实现

孟辉，梁星星
（武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064）

摘要：船用隔离放大器盒负责采集推进电机的前、后电枢电流信号进行处理，从而平衡电机的电枢电流，以保证电机的平稳运行。本文通过分析隔离放大器盒的特性，研制出一种便携式隔离放大器盒故障诊断装置。经试验证明，该装置体积小、操作方便、故障定位准确，能实现故障的船员级修理，提高故障判定速度。

关键词：船用便携隔离放大器盒故障诊断

0　引言

某型船用推进电机结构设计为双电枢结构，该结构包含两台可串、并联自由组合的推进电机，在特定航行工况下推进电机的双电枢为并联方式，为保证推进电机的电枢在并联时输出转矩一致，使推进电机平稳运行，需注意双电枢的电枢电流均衡问题[1]。

隔离放大器盒属于电力推进分系统的重要设备，负责采集推进电机的前电枢、后电枢两路电枢电流信号进行处理再送入励磁调节器进行运算，从而平衡电机的电枢电流。隔离放大器处理的电压信号为毫伏级，如果隔离放大器盒出现故障或采集的信号偏差较大，则直接影响两个电枢电流平衡功能，从而影响推进电机的平稳运行。而当推进系统处于停泊状态时，无法提供隔离放大器盒测试信号，船员在现场不具备故障判定、调试校准条件，均需派专门的技术服务人员携带很多设备前往现场处理，影响部队出航任务。因此，研制一台便携式、精度满足要求且实现船员级修理的隔离放大器盒故障诊断装置对加速船上故障的判定、提高服务质量具有很大意义。

1　方案的总体设计

针对隔离放大器盒的特性[2]进行分析，提出研制一套基于通用仪表概念的故障诊断装置。该装置采用模块化设计，主要包含四部分功能模块：±15V控制电源功能模块、0～75mV测试信号发生功能模块、测试信号判断处理功能模块、输出信号判断处理及测试结果显示功能模块。其功能示意图如图1所示。

图1　基于通用仪表的故障诊断装置主要实现功能示意图

表1　根据隔离放大器盒检验要求

2　模块设计与电路的实现

根据隔离放大器盒检验要求[3]，可将四个功能模块的设计方案逐一进行分析。隔离放大器盒检验要求见表1。

2.1 控制电源功能模块

该模块采用AC220 V作为电源输入，通过变压器降压后再经过整流桥整流输入到控制电源芯片，从而得到系统所需的±15 V直流控制电源。控制电源要求稳定性高，电源电压偏差要求在±0.1 V范围内。

常规变压器体积较大，为尽量减小装置体积，本设计选用直插式环形变压器进行外围电路的设计。AC220 V输入后，经过变压器的降压得到约20 V的交流电源，再经过二极管整流电路整流，然后输送到电源控制芯片LM317BF、LM337BF，进行处理后得到恒定的±15 V控制电源。

2.2 0～75 mV调试信号的选择功能模块

0～75 mV调试信号的精度决定着隔离放大器盒的输出偏差，进而影响推进系统的平衡功能。其性能要求：调节范围为0～75 mV，调节精度为±0.1mV，线性度与稳定性好。

常规试验室调试时，调试信号的获取常用钾电池供电或直流电源加电阻箱分压来实现，获取的毫伏信号极易漂移，需频繁对毫伏信号进行整定。为保证能获取稳定的0～75 mV调试信号，本设计选用AD公司的专用电压－电流转换芯片AD2B20来直接实现。该模块封装尺寸小（1.1″×1.1″×0.4″），温漂低（0.005%/℃），最大非线性误差仅为0.005%，且单独模块即可实现所需电流信号，外部电路实现简单。

2.3 测试信号判断处理功能模块

测试信号判断处理功能模块将0 V、75 mV信号分别送至前电枢、后电枢的电枢电流隔离放大电路中。根据检试大纲要求，隔离放大器板的放大性能为：当输入0 V信号时，输出信号为－0.01～0.01 V；当输入为75 mV时，输出信号为3.98～4.02 V。

该功能模块中主要实现边界值判断功能，主要采用运算放大器来实现。＋0.01 V和－0.01 V边界值生成电路如图2所示，3.98 V和4.02 V边界值生成电路如图3所示。

图3　3.98V和 4.02V边界值生成申路

图4　0V信号输入时测试边界判断及状态显示申路

2.4 输出信号判断处理及测试结果显示功能模块

为比较直观的查看测试结果，系统采用LED灯进行结果显示。

当输入为0 V时，相应前、后电枢隔离放大电路输出在＋0.01 V至－0.01 V之间，LED灯1亮；

当输入为75 mV时，相应前、后电枢隔离放大电路输出电压在3.98 V至4.02 V之间，LED2指示灯亮。

0V信号输入时测试边界判断及状态显示电路如图4。

按照以上功能模块的设计可绘制出装置的电路原理图，并进行了实物的组装。装置完成以后，本设计还针对试验室单板调试或船上备件的调试提供了专门的电连接器转换接口，极大的提高调试效率。

3　试验与结论

在试验室测试环境下对装置进行验证，结果表明便携式隔离放大器盒故障诊断

装置的体积小，重量轻：尺寸为149×130×50 mm，重量为0.5 kg，便携性良好；精度验证，分别对5个批次共20只隔离放大器盒进行测试，结果表明：输出电压值均在4±0.02范围内，精度等技术指标满足检试大纲要求，故障均能百分之百定位，且成本低、开发周期短，装置达到了设计的技术要求。

参考文献：

[1] 陈伯时.电力拖动自动控制系统-运动控制系统[M].北京：机械工业出版社，2003：165.

[2] 张志华.ZTL-6G励磁调节器技术条件[Z].武汉：武汉船用电力推进装置研究所，2005.

[3] 唐军.ZTL-6G励磁调节器检试大纲[Z].武汉：武汉船用电力推进装置研究所，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

作者简介：孟辉（1981-），女，工程师。研究方向：电力电子与电力传动。

收稿日期：2015-08-09

中图分类号：U672

文献标识码：A

文章编号：1003-4862（2015）11-0018-03