專利名稱：交流傳動架線式礦用電機(jī)車牽引變流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子技術(shù)、電力電子與電氣傳動技術(shù)，是一種交流傳動架線式礦用 電機(jī)車牽引變流器。
背景技術(shù)：
國內(nèi)外變流器市場，無論大型還是中、小型變流器都以通用型為主，適合我國礦用 電機(jī)車的牽引變流器還不多見，具備優(yōu)良性能/價格比的牽引變流器幾乎沒有。由于國家對城市道路運(yùn)輸方式的改革性變化，地鐵、輕軌為近期發(fā)展方向，而這一 領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展方向是交流牽引；加之礦用電機(jī)車的交流化速度不斷加快，對牽引變流器的 需求與日俱增，本發(fā)明就是在這種背景下研制生產(chǎn)的。本發(fā)明所述牽引變流器主要依據(jù)異步電動機(jī)變頻調(diào)速的基本原理和交流傳動原 理設(shè)計的，應(yīng)用計算機(jī)控制技術(shù)和現(xiàn)代電力電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對礦用電機(jī)車的變頻調(diào)速控 制。本發(fā)明所述交流牽引變流器具有節(jié)能、環(huán)保、數(shù)字化程度高的特點(diǎn)，主要用于在煤 礦、地鐵、隧道等工程環(huán)境運(yùn)行的交流傳動架線式電力機(jī)車上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計一種適合于煤礦、地鐵、隧道等工程環(huán)境的節(jié)能、環(huán)保、數(shù)字 化程度高的交流傳動架線式礦用電機(jī)車牽引變流器。本發(fā)明所述交流牽引變流器主要由逆變器主回路、開關(guān)電源、計算機(jī)控制系統(tǒng)、驅(qū) 動電路、鍵盤顯示電路及系統(tǒng)的各種檢測、保護(hù)電路組成。逆變器采用了 IGBT功率器件，電 路結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速范圍寬、自我保護(hù)能力強(qiáng)、控制簡單；開關(guān)電源為主控板供電，保證控制系 統(tǒng)具有足夠的連續(xù)可靠工作時間；計算機(jī)控制系統(tǒng)由于使用16位高速單片機(jī)為基本平臺， 采用電壓空間矢量PWM波生成方式，使得逆變器輸出波形最大接近正弦波，電壓利用率高； 正常運(yùn)行時，計算機(jī)控制系統(tǒng)在控制產(chǎn)生PWM信號的同時，對牽引變流器的各種故障進(jìn)行 檢測、處理以及實(shí)現(xiàn)保護(hù)，并通過RS232將行車參數(shù)發(fā)送至位于司機(jī)室的LED顯示屏。另外 可通過鍵盤操作來實(shí)現(xiàn)電機(jī)工作頻率設(shè)定、操作方式切換、系統(tǒng)復(fù)位、檢查系統(tǒng)參數(shù)情況等 工作。本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有以下有益效果1)實(shí)現(xiàn)了 2倍過載啟動，增加啟動轉(zhuǎn)矩，0. 5Hz頻率下可達(dá)到最大轉(zhuǎn)矩；2)實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)跳弓后的自動記憶和自動恢復(fù)功能；3)頻率分辨率可達(dá)0. OlHz ；4)實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速自動跟蹤和低速力矩自動提升，增加了啟動牽引力；5)具有自動轉(zhuǎn)差跟蹤功能，自動調(diào)整功率，節(jié)約能耗；6)允許電源電壓在DC350-DC700V之間變化；7)采用RS232串口通信技術(shù)將實(shí)時參數(shù)顯示至司控室，并可以進(jìn)行參數(shù)修改；
8)啟動具有挖土機(jī)特性，避免電流過大，提升啟動轉(zhuǎn)矩。


附圖是交流傳動架線式礦用電機(jī)車牽引變流器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本交流傳動架線式礦用電機(jī)車牽引變流器由總電源輸入1、充電電路2、濾波電容 3、直流電流檢測4、逆變器主回路5、三相電流檢測6、牽引電機(jī)接口 7、開關(guān)電源8、驅(qū)動回路 9、計算機(jī)控制系統(tǒng)10、檢測回路11、制動電阻接口 12和人機(jī)界面13組成?？傠娫摧斎?為架線直流電網(wǎng)提供的550V士 25 %直流電源；充電電路2由充電電 阻和可控硅器件并聯(lián)組成；濾波電容3是變流器的穩(wěn)壓和儲能元件，采用大容量電容并聯(lián) 而成，為后續(xù)的逆變主回路5提供恒壓直流源；直流電流檢測4采用霍爾電流傳感器檢測逆 變器主回路5輸入電流；逆變器主回路5采用具有較高開關(guān)速度的功率器件西門子第三代 IGBT，構(gòu)成電壓型脈寬調(diào)制逆變器來實(shí)現(xiàn)交流電動機(jī)的變頻調(diào)速。逆變器主回路5輸出經(jīng) 三相電流檢測6連接至牽引電機(jī)接口 7，將逆變后的電源輸出至牽引電機(jī)；開關(guān)電源8從濾 波電容3取電壓，變換成驅(qū)動回路9、計算機(jī)控制系統(tǒng)10和檢測回路11所需的電源；檢測回 路11根據(jù)直流電流檢測4和三相電流檢測6的信號，經(jīng)過處理，將實(shí)時電流值的數(shù)字量或 過流故障信號輸出至計算機(jī)控制系統(tǒng)10 ；人機(jī)界面13采用LED顯示和鍵盤輸入通過RS232 通信與計算機(jī)控制系統(tǒng)10相連；計算機(jī)控制系統(tǒng)10根據(jù)人機(jī)界面13輸入的控制信號和檢 測回路11的狀態(tài)反饋，輸出PWM控制波形至驅(qū)動回路9 ；最后驅(qū)動回路9驅(qū)動逆變器主回 路5及制動電阻接口 12中的IGBT器件，以實(shí)現(xiàn)交流傳動架線式礦用電機(jī)車的牽引和制動。設(shè)備適用范圍本發(fā)明適用于工礦用架線式電力機(jī)車。
權(quán)利要求
一種交流傳動架線式礦用電機(jī)車牽引變流器。它由總電源輸入1、充電電路2、濾波電容3、直流電流檢測4、逆變器主回路5、三相電流檢測6、牽引電機(jī)接口7、開關(guān)電源8、驅(qū)動回路9、計算機(jī)控制系統(tǒng)10、檢測回路11、制動電阻接口12和人機(jī)界面13組成?？傠娫摧斎?為架線直流電網(wǎng)提供的550V±25％直流電源；充電電路2由充電電阻和可控硅器件并聯(lián)組成；濾波電容3是變流器的穩(wěn)壓和儲能元件，采用大容量電容并聯(lián)而成，為后續(xù)的逆變主回路5提供恒壓直流源；直流電流檢測4采用霍爾電流傳感器檢測逆變器主回路5輸入電流；逆變器主回路5采用具有較高開關(guān)速度的功率器件西門子第三代IGBT，構(gòu)成電壓型脈寬調(diào)制逆變器來實(shí)現(xiàn)交流電動機(jī)的變頻調(diào)速。逆變器主回路5輸出經(jīng)三相電流檢測6連接至牽引電機(jī)接口7，將逆變后的電源輸出至牽引電機(jī)；開關(guān)電源8從濾波電容3取電壓，變換成驅(qū)動回路9、計算機(jī)控制系統(tǒng)10和檢測回路11所需的電源；檢測回路11根據(jù)直流電流檢測4和三相電流檢測6的信號，經(jīng)過處理，將實(shí)時電流值的數(shù)字量或過流故障信號輸出至計算機(jī)控制系統(tǒng)10；人機(jī)界面13采用LED顯示和鍵盤輸入通過RS232通信與計算機(jī)控制系統(tǒng)10相連；計算機(jī)控制系統(tǒng)10根據(jù)人機(jī)界面13輸入的控制信號和檢測回路11的狀態(tài)反饋，輸出PWM控制波形至驅(qū)動回路9；最后驅(qū)動回路9驅(qū)動逆變器主回路5及制動電阻接口12中的IGBT器件，以實(shí)現(xiàn)交流傳動架線式礦用電機(jī)車的牽引和制動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流傳動架線式礦用電機(jī)車牽引變流器，其特征在于逆變 器主回路5采用第三代IGBT作為功率開關(guān)器件，由6組IGBT模塊組成逆變橋?yàn)閮膳_并聯(lián) 牽引電機(jī)供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流傳動架線式礦用電機(jī)車牽引變流器，其特征在于驅(qū)動 回路9采用2SD315AI集成驅(qū)動模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流傳動架線式礦用電機(jī)車牽引變流器，其特征在于計算 機(jī)控制系統(tǒng)10采用87C196KC作為主CPU芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流傳動架線式礦用電機(jī)車牽引變流器，其特征在于檢測 回路11具有硬件保護(hù)和軟件保護(hù)的雙重故障保護(hù)機(jī)制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種交流傳動架線式礦用電機(jī)車牽引變流器。該變流器涉及微電子技術(shù)、電力電子與電氣傳動技術(shù)，主要由逆變器主回路、開關(guān)電源、計算機(jī)控制系統(tǒng)、驅(qū)動電路、鍵盤顯示、檢測、保護(hù)電路組成。逆變器采用IGBT功率器件，電路結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速范圍寬、自我保護(hù)能力強(qiáng)、控制簡單。開關(guān)電源為主控板供電，保證控制系統(tǒng)具有足夠的連續(xù)可靠工作時間。計算機(jī)控制系統(tǒng)使用16位高速單片機(jī)，采用電壓空間矢量PWM波生成方式，使得逆變器輸出波形最大接近正弦波，電壓利用率高；同時，對牽引變流器故障進(jìn)行檢測、處理，實(shí)現(xiàn)保護(hù)，通過RS232將行車參數(shù)發(fā)送至司機(jī)室的LED顯示屏。通過鍵盤操作可實(shí)現(xiàn)電機(jī)工作頻率設(shè)定、操作方式切換、系統(tǒng)復(fù)位、檢查系統(tǒng)參數(shù)等工作。
文檔編號H02M7/537GK101964598SQ201010005520
公開日2011年2月2日 申請日期2010年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月16日
發(fā)明者盧永杰, 安永祥, 寸立崗, 張寶霞, 張海明, 柳彥虎, 陳東海, 陳國宏 申請人:蘭州交通大學(xué);蘭州立盛達(dá)鐵路新技術(shù)有限責(zé)任公司