一种地铁杂散电流补偿装置的研究与实现

摘要

杂散电流对地铁周围的埋地金属管道、通讯电缆外皮以及地铁主体结构钢筋等发生电化学腐蚀，会产生严重的危害。因此防治杂散电流成为许多专业研究人员的课题，本文针对地铁铁轨上产生的杂散电流，提出补偿技术，采用加入与地铁供电电流大小相等、方向相反的一个补偿电流的方法，来减小或抵消在特定区间内产生的杂散电流。 本文结合杂散电流补偿的原理，从地铁杂散电流的研究入手，以开关电源为核心，以补偿为目的，以实用为主，设计了一种可携带，不需要外接供电电源(或电池)，并可随时显示补偿效果的杂散电流补偿装置。该种装置不仅能补偿地铁杂散电流，而且对于石油，化工，燃气管道的杂散电流同样有补偿作用。 本文论述了该方案的整体设计、实验室杂散电流模拟装置及电流检测装置、介绍了开关电源的基本原理和拓扑结构选择，详细阐述了开关补偿电源、A/D转换和显示部分的电路设计以及测试实验结果等。对于开关补偿电源的主电路部分，特别是反激式变换器设计、PWM控制芯片选择、显示电路的设计进行了详细的阐述。最后对实验结果，进行了必要的分析。 通过系统调试和实验结果分析，证明该补偿装置能够实现对杂散电流补偿和防治，具有一定的补偿能力和稳定性，基本满足了实际需要。

目录

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第一章 引言

1.1地铁杂散电流的原因及危害

1.2杂散电流的研究现状

1.3本课题的来源和研究内容

第2章杂散电流实验室模拟装置的设计

2.1轨道交通杂散电流的产生

2.2实验室模拟装置的设计

2.3模拟装置的电流数据采集

第3章杂散电流补偿电路的设计

3.1补偿装置原理设计

3.1.1地铁杂散电流补偿系统总体示意图

3.1.2补偿装置系统框图

3.2开关电源的相关知识

3.2.1开关电源的电路结构

3.2.2开关电源的分类

3.2.3单极性开关电源变压器

3.2.4双极性开关电源变压器

3.2.5隔离与耦合技术

3.2.6反激式开关电源变压器工作原理

3.2.7直流变换器中的功率开关

3.3开关电源变压器的设计

3.3.1功率控制电路的设计注意事项

3.3.2高频变压器

3.3.3开关电源变压器设计的一般理论

3.3.4补偿开关电源变压器参数计算

3.4 PWM变换器的设计

3.4.1控制在开关电源中的运用

3.4.2环路稳定的标准

3.4.3设计控制环路的步骤

3.4.4开关电源PWM变换器的设计

3.5开关电源反馈电路的设计

3.5.1隔离情况下信号的传输

3.5.2误差控制信号的生成

3.5.3反馈电路的具体实现

3.6显示部分供电电源的设计

3.6.1 H7805集成电路的介绍

3.6.2显示电路供电电源的具体设计

3.7补偿装置开关电源部分原理图

第4章、显示电路设计

4.1 ICL7107 A/D转换芯片的设计

4.2双积分式A/D转换的基本原理

4.3 31/2位双积分A/D转换器ICL7107

第5章.电路原理图及PCB板的设计

5.1电路原理图

5.2 PCB板的设计和制作

5.2.1.创建网络表

5.2.2.布局

5.2.3设置布线约束条件，开始布线。

5.3 PCB板图

5.4实物介绍

第6章、实验主要结果波形分析

6.1电路实验波形(示波器)

6.2、实验结果分析

第7章 结论与展望

参考文献

实验设备(供参考)

致谢

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