專利名稱：牽引控制單元及控制箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力機車牽引控制技術(shù)，尤其涉及一種牽引控制單元及控制箱。
背景技術(shù)：
近幾年隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，國家對于鐵路行業(yè)的建設(shè)也逐年加大力度，鐵路行業(yè)迅猛發(fā)展?，F(xiàn)階段以北車集團和南車集團為代表的國內(nèi)機車龍頭企業(yè)已經(jīng)具備了設(shè)計和生產(chǎn)各類型電力機車的能力，但在交流電力機車控制的核心部分還處于相對落后的階段，主要依賴于國外生產(chǎn)商，諸如動車CRH系列，貨車HXD系列都是依靠技術(shù)引進與國外生產(chǎn)商聯(lián)合設(shè)計的產(chǎn)品，控制的核心部件牽引控制單元由國外生產(chǎn)商提供。目前國外有能力設(shè)計及生產(chǎn)交流電力機車牽引控制單元的知名廠家主要有德國西門子、日本川崎重工、法國阿爾斯通、加拿大龐巴迪等。為了打破國外企業(yè)對于該領(lǐng)域壟斷的局面，這就要求我們生產(chǎn)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的交流電力機車牽引控制單元。
中國電力機車的研制開始于1958年，至90年代末期，先后研發(fā)出韶山I 韶山9共9類及其衍生出的電力機車產(chǎn)品。該系類的電力機車為中國鐵路的發(fā)展做出了巨大貢獻，目前韶山系列電力機車仍然馳騁在祖國大地，繼續(xù)發(fā)揮著光和熱。但隨著科技技術(shù)的不斷進步，韶山系列電力機車在技術(shù)上已經(jīng)處于相對落后的階段，其最大的軟肋就是采用交直控制，屬于直流電力機車范疇。目前國際主流電力機車采用交直交控制，就是通常意義上的交流電力機車，交流電力機車牽引功率大、功率因數(shù)高、諧波干擾少、具有優(yōu)異的牽引和制動運動特性、粘著利用和防空轉(zhuǎn)性能好、主電路簡單等，在制造、性能、功能，體積、重量、成本、維護及可靠性等方面都要優(yōu)于直流電力機車，國內(nèi)之所以遲遲沒能在電力機車上應用，主要是控制比較困難。
國內(nèi)目前具備完全自主知識產(chǎn)權(quán)的電力機車主要是韶山系列直流電力機車，與目前國際主流交流電力機車相比，直流電力機車在牽引、制動及其他方面都存在很大的差距，必將逐漸退出歷史舞臺。本世紀初至今，國內(nèi)開始了交流電力機車的研發(fā)，但由于起步晚、底子薄，交流電力機車的研發(fā)舉步維艱，為了加快推進交流電力機車的發(fā)展，鐵道部走出了一條技術(shù)引進、消化吸收、再創(chuàng)新的路子。近幾年，動車CRH系列，貨車HXD系列交流電力機車基本上已經(jīng)替代了韶山系列直流電力機車，但控制的核心部分牽引控制單元技術(shù)仍然沒有完全掌握。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種牽引控制單元及控制箱，以實現(xiàn)電力機車的交流牽引控制。
本發(fā)明一方面提供的牽引控制單元，包括:
電源模塊，用于為各模塊提供工作電壓；
模擬信號處理模塊，用于采集模擬信號，對采集的信號進行處理并將處理后的信號輸出至中央處理模塊；
數(shù)字信號處理模塊，用于接收數(shù)字信號，對接收的信號進行處理并將處理后的信號輸出至所述中央處理模塊；以及接收所述中央處理模塊輸出的控制指令并將該控制指令轉(zhuǎn)換為外部設(shè)備執(zhí)行操作所需的執(zhí)行信號；
所述中央處理模塊，用于接收所述模擬信號處理模塊和所述數(shù)字信號處理模塊輸出的信號，并依據(jù)接收的信號輸出相應的驅(qū)動信號或控制指令；以及實時監(jiān)測故障接入端，當所述故障接入端有故障信號輸入時停止輸出驅(qū)動信號；以及，
IGBT驅(qū)動及反饋模塊，用于接收所述中央處理模塊輸出的驅(qū)動信號，對接收的信號進行處理并將處理后的信號輸出至IGBT驅(qū)動板；以及實時監(jiān)測IGBT的工作狀態(tài)，當所述IGBT處于異常工作狀態(tài)時反饋故障信號至所述中央處理模塊的故障接入端。
本發(fā)明另一方面提供的牽引控制箱，包括箱體，所述箱體內(nèi)設(shè)有上述牽引控制單元，所述牽引控制單元中的一個或多個模塊設(shè)置在一個子電路板上，所述牽引控制單元由至少一個所述子電路板構(gòu)成；所述箱體內(nèi)設(shè)有母板，各子電路板與所述母板電性和/或通信連接；所述箱體內(nèi)設(shè)有用于插設(shè)所述子電路板的插槽，所述子電路板插入并固定在所述箱體內(nèi)。
本發(fā)明一個方面的技術(shù)效果是:本發(fā)明提供的牽引控制單元實現(xiàn)了電力機車的交流牽引控制，具有牽引功率大、功率因數(shù)高、諧波干擾少、優(yōu)異的牽引和制動運動特性、粘著利用和防空轉(zhuǎn)性能好等優(yōu)點；此外，在制造、性能、功能，體積、重量、成本、維護及可靠性等方面都要優(yōu)于直流電力機車。本發(fā)明提供的牽引控制單元可以完全替代國外進口的交流電力機車牽引控制單元，具有很強的實用價值和經(jīng)濟效益。
本發(fā)明另一方面的技術(shù)效果是:本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)的牽引控制箱具有易組裝、易拆卸,維修方便等特點。


圖1為本發(fā)明提供的牽引控制單元第一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明提供的牽引控制單元第二個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明提供的牽引控制箱實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明提供的牽引控制單元第一個實施例。如圖1所示，本實施例所述牽引控制單兀包括:電源模塊1、模擬信號處理模塊8、數(shù)字信號處理模塊506、中央處理模塊310和IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)驅(qū)動及反饋模塊211。所述數(shù)字信號處理模塊506的控制指令接收端與所述中央處理模塊310的控制指令輸出端通信連接；所述中央處理模塊310的信號接收端分別與所述模擬信號處理模塊8和數(shù)字信號處理模塊506的輸出端通信連接；所述中央處理模塊310的監(jiān)測故障接入端與所述IGBT驅(qū)動及反饋模塊211的反饋故障信號輸出端通信連接；所述IGBT驅(qū)動及反饋模塊211的驅(qū)動信號輸入端與所述中央處理模塊310的驅(qū)動信號輸出端通信連接。其中，所述電源模塊I用于為各模塊提供工作電壓。所述模擬信號處理模塊8用于采集模擬信號，對采集的信號進行處理并將處理后的信號輸出至中央處理模塊310。所述數(shù)字信號處理模塊506用于接收數(shù)字信號，對接收的信號進行處理并將處理后的信號輸出至所述中央處理模塊310 ；以及接收所述中央處理模塊310輸出的控制指令并將該控制指令轉(zhuǎn)換為外部設(shè)備執(zhí)行操作所需的執(zhí)行信號。所述中央處理模塊310用于接收所述模擬信號處理模塊8和所述數(shù)字信號處理模塊506輸出的信號，并依據(jù)接收的信號輸出相應的驅(qū)動信號或控制指令；以及實時監(jiān)測故障接入端，當所述故障接入端有故障信號輸入時停止輸出驅(qū)動信號。IGBT驅(qū)動及反饋模塊211用于接收所述中央處理模塊310輸出的驅(qū)動信號，對接收的信號進行處理并將處理后的信號輸出至IGBT驅(qū)動板；以及實時監(jiān)測IGBT的工作狀態(tài)，當所述IGBT處于異常工作狀態(tài)時反饋故障信號至所述中央處理模塊310的故障接入端。
本實施例所述的牽引控制單元其電路實現(xiàn)較為簡單，實現(xiàn)了電力機車的交流牽引控制。
本發(fā)明提供的牽引控制單元的第二個實施例。如圖2所示，本實施例基于實施例一，將實施例一中的所述模擬信號處理模塊8分為兩個子模塊。本實施例中所述的模擬信號處理模塊8包括第一模擬信號處理子模塊81和第二模擬信號處理子模塊82。第一模擬信號處理子模塊81的處理結(jié)果輸出端和所述第二模擬信號處理子模塊82的處理結(jié)果輸出端分別與所述中央處理模塊310的接收端通信連接。其中，所述第一模擬信號處理子模塊81用于采集牽引電路7的交流電接入端71的電流和電壓信號，對采集到的信號進行處理并將處理后的信號輸出至中央處理模塊310。所述第二模擬信號處理子模塊82用于接收牽引電路7的交流驅(qū)動輸出端72的電流和電壓信號，以及牽引電機的轉(zhuǎn)速信號，對采集到的信號進行處理并將處理后的信號輸出至中央處理模塊310。其中，所述的牽引電路7的交流電接入端71的電流和電壓信號包括交流電接入網(wǎng)端的電流和電壓信號，以及經(jīng)整流后的中間電壓。
本實施例將模擬信號處理模塊分為兩個子模塊，將各模塊接收的數(shù)據(jù)區(qū)分開，使各模塊具有特定的功能便于檢查和維修，此外，還有助于縮短牽引控制單元的響應時間。
本發(fā)明提供的牽引控制單元的第三個實施例，本實施例在實施例二的基礎(chǔ)上，將數(shù)字信號處理模塊506分為兩個子模塊。如圖2所示，本實施例中所述的數(shù)字信號處理模塊506包括:數(shù)字信號輸入子模塊5和數(shù)字信號輸出子模塊6。所述數(shù)字信號輸入子模塊5的處理結(jié)果輸出端與所述中央處理模塊310的接收端通信連接，所述數(shù)字信號輸出子模塊6的控制指令接收端與所述中央處理模塊310的控制指令輸出端通信連接。其中，所述數(shù)字信號輸入子模塊5用于接收數(shù)字信號，對接收的數(shù)字信號進行處理并將處理后的信號輸出至所述中央處理模塊310。所述數(shù)字信號輸出子模塊6，用于接收所述中央處理模塊310輸出的控制指令并將該控制指令轉(zhuǎn)換為外部設(shè)備執(zhí)行操作所需的執(zhí)行信號。當然，本實施例也可基于實施例一。本實施例將數(shù)字信號處理模塊細分為兩個模塊一個作為輸出一個作為輸入，使各模塊功能更為單一便于檢查和維修，并且將強電信號和弱點信號分開，增強了系統(tǒng)的抗干擾性能。
進一步地實施例，為提高牽引控制單元的控制效率，上述實施例二和實施例三中所述的中央處理模塊310包括:第一中央處理子模塊3和第二中央處理子模塊10，如圖2所示。所述第一中央處理子模塊3的接收端分別與所述第一模擬信號處理子模塊81和所述數(shù)字信號處理模塊506的輸出端通信連接，所述第一中央處理子模塊3的驅(qū)動信號輸出端與所述IGBT驅(qū)動及反饋模塊211的驅(qū)動信號輸入端通信連接，所述第一中央處理子模塊3的監(jiān)測故障接入端與所述IGBT驅(qū)動及反饋模塊211反饋故障信號輸出端通信連接。所述第二中央處理子模塊10的接收端分別與所述第二模擬信號處理子模塊82和所述數(shù)字信號處理模塊506的輸出端通信連接，所述第二中央處理子模塊10的驅(qū)動信號輸出端與所述IGBT驅(qū)動及反饋模塊211的驅(qū)動信號輸入端通信連接，所述第二中央處理子模塊10的監(jiān)測故障接入端與所述IGBT驅(qū)動及反饋模塊211反饋故障信號輸出端通信連接。其中，所述第一中央處理子模塊3，用于接收所述第一模擬信號處理子模塊81和所述數(shù)字信號處理模塊506輸出的信號，依據(jù)接收的信號輸出相應的驅(qū)動信號或控制指令；以及實時監(jiān)測故障接入端，當所述故障接入端有故障信號輸入時停止輸出驅(qū)動信號。所述第二中央處理子模塊10，用于接收所述第二模擬信號處理子模塊82和所述數(shù)字信號處理模塊506輸出的信號，依據(jù)接收的信號輸出相應的驅(qū)動信號或控制指令；以及實時監(jiān)測故障接入端，當所述故障接入端有故障信號輸入時停止輸出驅(qū)動信號。
如圖2所示，交流電力機車的牽引電路包括整流電路、逆變電路和斬波電路；而這些電路都由IGBT作為功率輸出器件，若統(tǒng)一對這些IGBT進行驅(qū)動或監(jiān)測，就使得牽引控制單元的驅(qū)動與反饋模塊變得復雜，對外接口也難以實現(xiàn)。為了能分別驅(qū)動并監(jiān)測牽引電路中各部分電路中的IGBT，本實用新型提供基于上述實施例的進一步實施例，本實施例中所述的IGBT驅(qū)動及反饋模塊211包括第一 IGBT驅(qū)動及反饋子模塊2和第二 IGBT驅(qū)動及反饋子模塊11。所述第一 IGBT驅(qū)動及反饋子模塊2的驅(qū)動信號接收端與所述第一中央處理子模塊3的驅(qū)動信號輸出端通信連接，所述第一 IGBT驅(qū)動及反饋子模塊2的反饋故障信號輸出端與所述第一中央處理子模塊3的監(jiān)測故障接入端通信連接。所述第二 IGBT驅(qū)動及反饋子模塊11的驅(qū)動信號接收端與所述第二中央處理子模塊10的驅(qū)動信號輸出端通信連接，所述第二 IGBT驅(qū)動及反饋子模塊11的反饋故障信號輸出端與所述第二中央處理子模塊10的監(jiān)測故障接入端通信連接。其中，所述第一 IGBT驅(qū)動及反饋子模塊2用于接收所述第一中央處理子模塊3輸出的驅(qū)動信號，對接收的驅(qū)動信號進行處理并輸出至牽引電路的交流電接入網(wǎng)端電路中的第一 IGBT驅(qū)動板，并實時監(jiān)測該第一 IGBT驅(qū)動板驅(qū)動的IGBT的工作狀態(tài)，當所述IGBT處于異常工作狀態(tài)時反饋故障信號至所述第一中央處理模塊3的故障接入端。所述第二 IGBT驅(qū)動及反饋子模塊11用于接收所述第二中央處理器10輸出的驅(qū)動信號，對接收的驅(qū)動信號進行處理并輸出至牽引電路輸出端連接的逆變器中的第二IGBT驅(qū)動板，并實時監(jiān)測該第二 IGBT驅(qū)動板驅(qū)動的IGBT的工作狀態(tài)，當所述IGBT處于異常工作狀態(tài)時反饋故障信號至所述第二中央處理模塊10的故障接入端。其中，所述牽引電路的交流電接入網(wǎng)端電路包括整流電路，或還包括斬波電路。所述第一 IGBT驅(qū)動及反饋子模塊2和第二 IGBT驅(qū)動及反饋子模塊11均由PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)驅(qū)動電路和反饋電路構(gòu)成，其中所述PWM驅(qū)動電路包括PWM發(fā)生器和驅(qū)動電路，如圖2中所示。
進一步地，為簡化電源模塊以適應不同模塊和驅(qū)動板的供電需求，上述各實施例中所述的電源模塊包括:第一電源子模塊和第二電源子模塊。其中，所述第一電源子模塊用于為各模塊提供工作電壓。所述第二電源子模塊用于為各IGBT驅(qū)動板提供驅(qū)動電壓。
再進一步地，為完善本發(fā)明提供的各實施例中所述的牽引控制單元的功能，上述各實施例中所述的牽引控制單元還包括:水溫度傳感器、電機溫度傳感器、水壓傳感器，或其中任意兩種或三種的組合。模擬信號處理模塊接收上述各傳感器輸出的信號，對接收的信號處理后輸出至所述中央處理模塊，中央處理模塊依據(jù)接收的信號輸出相應的控制指令，如顯示控制指令或報警控制指令，以使與所述中央處理模塊通信連接的顯示屏或報警器顯示相應的數(shù)據(jù)或發(fā)出報警提示。
再進一步地，上述各實施例中所述的牽引控制單元還包括用于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換的網(wǎng)關(guān)模塊12，如圖2所示。所述中央處理模塊的第一中央處理子模塊3和第二中央處理子模塊10的數(shù)據(jù)通信輸出端經(jīng)CAN (Controller AreaNetwork，控制器局域網(wǎng)絡(luò))總線與所述網(wǎng)關(guān)模塊12的數(shù)據(jù)接入端相連,所述網(wǎng)關(guān)模塊12的數(shù)據(jù)輸出端經(jīng)MVB (Multifunction VehicleBus，多功能車輛總線)總線與外部設(shè)備相連。通過設(shè)置網(wǎng)關(guān)模塊12可實現(xiàn)中央處理模塊與外部設(shè)備的通信。
更進一步地，為方便牽引控制單元維護、檢修和調(diào)試，上述各實施例中所述的牽引控制單元還包括維修接口模塊4，如圖2所示。所述維修接口模塊4用于連接外接顯示設(shè)備、數(shù)據(jù)下載設(shè)備或在調(diào)試設(shè)備。所述維修接口模塊4與所述中央處理模塊通信連接，如圖所示，所述維修接口模塊4分別與第一中央處理子模塊3和第二中央處理子模塊10通信連接。
下面結(jié)合本發(fā)明提供的實施例對本發(fā)明所述牽引控制單元的工作原理作詳細說明。牽引控制單元工作原理是:
司機室給出牽引或制動等命令，數(shù)字信號處理模塊對其處理后送入中央處理模塊，中央處理模塊對其進行判斷后，將指令反饋回數(shù)字信號處理模塊，數(shù)字信號處理模塊將反饋回的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為外部設(shè)備執(zhí)行操作所需的執(zhí)行信號，以控制外部設(shè)備執(zhí)行相應的操作，例如電源的接入或斷開、接觸器的吸合、風機的通斷等。
司機室給出牽引命令后，牽引電路接入交流電經(jīng)整流逆變后轉(zhuǎn)換為三相驅(qū)動交流電以驅(qū)動電機機車運行。整個過程中，模擬信號處理模塊對牽弓I電路接入網(wǎng)端的同步電流、同步電壓和接地電流，以及交流驅(qū)動輸出端的電流和電壓等模擬信號進行采樣。因同步電壓具有高次諧波，要求模擬信號處理模塊對其濾波處理，同時處理完的波形與實際網(wǎng)壓波形要求同步，以滿足四象限整流的需要。模擬信號處理模塊將采集到的信號處理完成后送入中央處理模塊。中央處理模塊在接收到模擬信號處理模塊輸出的信號后首先對該信號進行判斷，判斷該信號是否為錯誤信號，若是中央處理模塊停止向IGBT驅(qū)動及反饋模塊發(fā)出驅(qū)動脈沖；否則，中央處理模塊向IGBT驅(qū)動及反饋模塊發(fā)出驅(qū)動脈沖以驅(qū)動相應IGBT工作。IGBT驅(qū)動及反饋模塊驅(qū)動相應的IGBT工作同時還實時監(jiān)測IGBT的工作狀態(tài)。若被監(jiān)測的IGBT處于非正常工作狀態(tài)，所述IGBT驅(qū)動及反饋模塊將該故障信號進行鎖存，并直接封鎖中央處理模塊發(fā)出的驅(qū)動脈沖。同時中央處理模塊也會實時監(jiān)測其故障接入端是否有故障信號輸入，若有中央處理模塊會停止向所述IGBT驅(qū)動及反饋模塊輸出驅(qū)動信號，以保護牽引電路中各IGBT。同時，模擬信號處理模塊還會采集牽引電機的轉(zhuǎn)速并對采集到的轉(zhuǎn)速信號進行處理，處理后送入所述中央處理模塊。中央處理模塊接收到信號后首先對該信號進行判斷，判斷該信號是否為錯誤信號，若是，中央處理模塊停止向IGBT驅(qū)動及反饋模塊發(fā)出驅(qū)動脈沖；否則，中央處理模塊向IGBT驅(qū)動及反饋模塊發(fā)出對應的驅(qū)動脈沖以驅(qū)動相應IGBT工作來控制電力機車運行速度及牽引功率。其中，中央處理模塊停止向IGBT驅(qū)動及反饋模塊發(fā)出驅(qū)動脈沖的功能實現(xiàn)可通過軟件設(shè)計，也可通過硬件電路的設(shè)計來實現(xiàn)，當然也可以同時使用以起到雙重保護的目的。
電力機車在特殊情況下運行有可能引起中間電壓波動較大，嚴重時會使中間電壓過壓，導致電力機車停車。其中，如圖1所示，中間電壓為經(jīng)整流電路整流后輸出的電壓。為了避免這種情況發(fā)生，如圖1所示牽引電路中設(shè)置了斬波功能，即在整流電路和逆變電路之間設(shè)置一個斬波電路。模擬信號處理模塊實時采集經(jīng)整流電路后輸出的中間電壓并對其進行處理，處理后輸出至所述中央處理模塊。中央處理模塊根據(jù)接收到的中間電壓判斷是否對中間電壓進行斬波。如果中間電壓高于設(shè)定值，中央處理模塊發(fā)斬波驅(qū)動脈沖，通過IGBT驅(qū)動與反饋模塊處理后驅(qū)動斬波IGBT工作，將能量消耗到斬波電阻上，平穩(wěn)中間電壓。如果斬波電流過大或IGBT驅(qū)動及反饋模塊輸出為故障狀態(tài)，中央處理模塊停止向所述IGBT驅(qū)動及反饋模塊輸出斬波驅(qū)動脈沖，以防止斬波電阻因瞬時能量過大而燒毀以及斬波IGBT因電流過大而損壞的現(xiàn)象發(fā)生。
如圖3所示，本發(fā)明提供的牽引控制箱實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例包括箱體20，所述箱體20內(nèi)設(shè)有上述任一實施例中所述的牽引控制單元。所述牽引控制單元中的一個或多個模塊設(shè)置在一個子電路板21上，所述牽引控制單元由至少一個所述子電路板21構(gòu)成。所述箱體20上設(shè)有母板，各子電路板21與所述母板電性和/或通信連接。所述箱體20上設(shè)有用于插設(shè)所述子電路板21的插槽。所述子電路板21插入并固定在所述箱體20內(nèi)。
進一步地，上述實施例中所述的箱體上還設(shè)有用于連接外部設(shè)備的接口，所述子電路板經(jīng)該接口與所述外部設(shè)備連接。
再進一步地，上述各實施例中所述的牽引控制箱還包括維修接口板。所述維修接口板設(shè)置在所述母板上。
本發(fā)明提供的牽引控制箱的一具體實施例。如圖3所示，牽引控制箱由便攜式箱體20構(gòu)成，采用可插拔的結(jié)構(gòu)方式。箱體20上設(shè)有用于固定的支架。箱體20的對外低壓電氣接口安裝在支架上，箱體20內(nèi)設(shè)有插槽用于安裝子電路板。該箱體20內(nèi)總共安裝有16塊子電路板，其中14塊子電路板位于箱體內(nèi)部，另外2塊為母板和維修接口板固定在箱體的一側(cè)。維修接口板位于母板上，箱體20內(nèi)14塊子電路板由母板提供連接關(guān)系，子電路板的一端通過F48連接器與母板連接，子電路板的另一端也通過F48連接器與外部低壓電氣端口連接。這14塊子電路板構(gòu)成了牽引控制單元。這14塊子電路板包括:4塊電源子電路板，3塊模擬信號處理子電路板，2塊數(shù)字信號處理子電路板，2塊中央處理子電路板，I塊網(wǎng)關(guān)子電路板，2塊IGBT驅(qū)動及反饋子電路板。其中:4塊電源子電路板中，I塊用于箱體內(nèi)部子電路板供電，2塊用于IGBT驅(qū)動板供電，還有I塊用于外部傳感器供電。3塊模擬信號處理子電路板中，I塊上設(shè)有第一模擬信號處理子模塊用于采集和處理四象限信號；1塊上設(shè)有第二模擬信號處理子模塊用于采集和處理逆變器信號；還有I塊上設(shè)有第三模擬信號處理子模塊用于采集和處理斬波電流、水溫、水壓和/或電機溫度等模擬信號，該第三模擬信號處理子模塊的功能也可由前兩塊子電路板其中一個或兩個來代替。2塊數(shù)字信號處理子電路板中，I塊上設(shè)有數(shù)字信號輸入子模塊用于數(shù)字信號的輸入，并對輸入的信號進行處理；I塊上設(shè)有數(shù)字信號輸出子模塊用于數(shù)字信號的輸出，對接收自所述中央處理模塊輸出的信號進行處理生成外部設(shè)備執(zhí)行相應操作的執(zhí)行信號，如小功率的機械觸點繼電器輸出或大功率的MOSFET輸出等等。2塊中央處理子電路板中，I塊上設(shè)有第一中央處理子模塊用于處理四象限信號；1塊上設(shè)有第二中央處理子模塊用于處理逆變信號。2塊IGBT驅(qū)動及反饋子電路板中，I塊上設(shè)有第一 IGBT驅(qū)動及反饋子模塊用于處理四象限驅(qū)動與反饋，I塊上設(shè)有第二 IGBT驅(qū)動及反饋子模塊用于逆變驅(qū)動與反饋。
本發(fā)明提供了一種牽引控制單元以及設(shè)有該牽引控制單元的控制箱，實現(xiàn)了電力機車的交流控制。依據(jù)本發(fā)明制造出的牽引控制單元滿足目前國內(nèi)交流電力機車牽引控制要求，可以實現(xiàn)交流電力機車220KM/H、單軸功率1600KW的運行工況。
最后應說明的是:以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。
權(quán)利要求
1.一種牽引控制單元，其特征在于，包括: 電源模塊，用于為各模塊提供工作電壓； 模擬信號處理模塊，用于采集模擬信號，對采集的信號進行處理并將處理后的信號輸出至中央處理模塊； 數(shù)字信號處理模塊，用于接收數(shù)字信號，對接收的信號進行處理并將處理后的信號輸出至所述中央處理模塊；以及接收所述中央處理模塊輸出的控制指令并將該控制指令轉(zhuǎn)換為外部設(shè)備執(zhí)行操作所需的執(zhí)行信號； 所述中央處理模塊，用于接收所述模擬信號處理模塊和所述數(shù)字信號處理模塊輸出的信號，并依據(jù)接收的信號輸出相應的驅(qū)動信號或控制指令；以及實時監(jiān)測故障接入端，當所述故障接入端有故障信號輸入時停止輸出驅(qū)動信號；以及， IGBT驅(qū)動及反饋模塊，用于接收所述中央處理模塊輸出的驅(qū)動信號，對接收的信號進行處理并將處理后的信號輸出至IGBT驅(qū)動板；以及實時監(jiān)測IGBT的工作狀態(tài)，當所述IGBT處于異常工作狀態(tài)時反饋故障信號至所述中央處理模塊的故障接入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牽引控制單元，其特征在于，所述模擬信號處理模塊包括第一模擬信號處理子模塊和第二模擬信號處理子模塊；其中， 所述第一模擬信號處理子模塊，用于采集牽引電路的交流電接入端的電流和電壓信號，對采集到的信號進行處理并將處理后的信號輸出至中央處理模塊； 所述第二模擬信號處理子模塊，用于采集牽引電路的交流驅(qū)動輸出端的電流和電壓信號，以及牽引電機的轉(zhuǎn)速信號，對采集到的信號進行處理并將處理后的信號輸出至中央處理模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的牽引控制單元，其特征在于，所述牽引電路的交流電接入端的電流和電壓信號包括:交流電接入網(wǎng)端的電流和電壓信號以及整流后的中間電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的牽引控制單元，其特征在于，所述數(shù)字信號處理模塊包括:數(shù)字信號輸入子模塊和數(shù)字信號輸出子模塊；其中， 所述數(shù)字信號輸入子模塊，用于接收數(shù)字信號，對接收的數(shù)字信號進行處理并將處理后的信號輸出至所述中央處理模塊； 所述數(shù)字信號輸出子模塊，用于接收所述中央處理模塊輸出的控制指令并將該控制指令轉(zhuǎn)換為外部設(shè)備執(zhí)行操作所需的執(zhí)行信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求2 所述的牽引控制單元，其特征在于，所述中央處理模塊包括:第一中央處理子模塊和第二中央處理子模塊；其中， 所述第一中央處理子模塊，用于接收所述第一模擬信號處理子模塊和所述數(shù)字信號處理模塊輸出的信號，依據(jù)接收的信號輸出相應的驅(qū)動信號或控制指令；以及實時監(jiān)測故障接入端，當所述故障接入端有故障信號輸入時停止輸出驅(qū)動信號； 所述第二中央處理子模塊，用于接收所述第二模擬信號處理子模塊和所述數(shù)字信號處理模塊輸出的信號，依據(jù)接收的信號輸出相應的驅(qū)動信號或控制指令；以及實時監(jiān)測故障接入端，當所述故障接入端有故障信號輸入時停止輸出驅(qū)動信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的牽引控制單元，其特征在于，所述IGBT驅(qū)動及反饋模塊包括第一 IGBT驅(qū)動及反饋子模塊和第二 IGBT驅(qū)動及反饋子模塊;其中， 所述第一 IGBT驅(qū)動及反饋子模塊，用于接收所述第一中央處理子模塊輸出的驅(qū)動信號，對接收的驅(qū)動信號進行處理并輸出至牽引電路的交流電接入網(wǎng)端電路中的第一 IGBT驅(qū)動板，并實時監(jiān)測該第一 IGBT驅(qū)動板驅(qū)動的IGBT的工作狀態(tài)，當所述IGBT處于異常工作狀態(tài)時反饋故障信號至所述第一中央處理模塊的故障接入端； 所述第二 IGBT驅(qū)動及反饋子模塊，用于接收所述第二中央處理器輸出的驅(qū)動信號，對接收的驅(qū)動信號進行處理并輸出至牽引電路輸出端連接的逆變器中的第二 IGBT驅(qū)動板，并實時監(jiān)測該第二 IGBT驅(qū)動板驅(qū)動的IGBT的工作狀態(tài)，當所述IGBT處于異常工作狀態(tài)時反饋故障信號至所述第二中央處理模塊的故障接入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的牽引控制單元，其特征在于，所述電源模塊包括:第一電源子模塊和第二電源子模塊；其中， 所述第一電源子模塊，用于為各模塊提供工作電壓； 所述第二電源子模塊，用于為各IGBT驅(qū)動板提供驅(qū)動電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牽引控制單元，其特征在于，還包括:水溫度傳感器、電機溫度傳感器、水壓傳感器，或其中任意兩種或三種的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牽引控制單元，其特征在于，還包括:用于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換的網(wǎng)關(guān)模塊，所述中央處理模塊的數(shù)據(jù)通信輸出端經(jīng)CAN總線與所述網(wǎng)關(guān)模塊的數(shù)據(jù)接入端相連，所述網(wǎng)關(guān)模塊的數(shù)據(jù)輸出端經(jīng)MVB總線與外部設(shè)備相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牽引控制單元，其特征在于，還包括:維修接口模塊，與所述中央處理模塊通信連接，用于連接外接顯示設(shè)備、數(shù)據(jù)下載設(shè)備和/或在調(diào)試設(shè)備。
11.一種牽引控制箱，包括箱體，其特 征在于，所述箱體內(nèi)設(shè)有上述權(quán)利要求1至10中任意一所述的牽引控制單元，所述牽引控制單元中的一個或多個模塊設(shè)置在一個子電路板上，所述牽引控制單元由至少一個所述子電路板構(gòu)成；所述箱體上設(shè)有母板，各子電路板與所述母板電性和/或通信連接；所述箱體內(nèi)設(shè)有用于插設(shè)所述子電路板的插槽，所述子電路板插入并固定在所述箱體內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的牽引控制箱，其特征在于，所述箱體上還設(shè)有用于連接外部設(shè)備的接口，所述子電路板經(jīng)該接口與所述外部設(shè)備連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的牽引控制箱，其特征在于，還包括維修接口板，所述維修接口板設(shè)置在所述母板上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種牽引控制單元及控制箱。所述牽引控制單元包括電源模塊、模擬信號處理模塊、數(shù)字信號處理模塊、中央處理模塊和IGBT驅(qū)動及反饋模塊。所述牽引控制箱包括箱體，所述箱體內(nèi)設(shè)有所述的牽引控制單元，所述牽引控制單元中的一個或多個模塊設(shè)置在一個子電路板上，所述牽引控制單元由至少一個所述子電路板構(gòu)成；所述箱體上設(shè)有母板，各子電路板與所述母板電性和/或通信連接；所述箱體內(nèi)設(shè)有用于插設(shè)所述子電路板的插槽，所述子電路板插入并固定在所述箱體內(nèi)。本發(fā)明實現(xiàn)了電力機車的交流牽引控制，具有牽引功率大、功率因數(shù)高、諧波干擾少、優(yōu)異的牽引和制動運動特性、維修方便等特點。
文檔編號B60L15/00GK103144548SQ20111040400
公開日2013年6月12日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者陳鐵年, 隋德磊, 韓紅彬, 徐從謙, 耿輝, 于躍, 王曉鵬 申請人:中國北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心