專利名稱：工礦用機(jī)車牽引變頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)車變頻調(diào)速控制領(lǐng)域，特別是一種工礦用機(jī)車牽引變頻器。
背景技術(shù)：
目前，直流傳動(dòng)仍是我國工礦用機(jī)車牽引采用主要方式之一。但這種控制方式一直存在以下弊端1、維護(hù)成本高，直流電機(jī)上因?yàn)橛幸啄p的換向銅頭、碳刷等，故障率高、維修費(fèi)用高，其調(diào)速器由于是凸輪控制觸頭的通與斷，在斷開時(shí)產(chǎn)生的電弧，經(jīng)常燒蝕觸頭，維修
工作量大。2、能耗大，直流電機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)采用電阻直接控制，能耗大。同時(shí)由于電阻發(fā)熱導(dǎo)致電阻瓷架和電阻片燒壞。3、操控性能差，調(diào)速是有級(jí)的，不能均勻調(diào)速，啟動(dòng)不平穩(wěn)，牽引性能差，同等功率條件下牽引力小，爬坡能力差。無能量回饋制動(dòng)功能，制動(dòng)動(dòng)能造成機(jī)車更大磨損。隨著電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，矢量控制理論和直接轉(zhuǎn)矩控制理論的應(yīng)用，工礦用電機(jī)車的應(yīng)用技術(shù)也在不斷更新，國外以日本為例，1975年在調(diào)速領(lǐng)域，直流占89 %，交流占20 % ； 1985年交流占80 %，直流占20 %。到目前為止，日本除了個(gè)別的地方還繼續(xù)采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)外，幾乎所有的調(diào)速系統(tǒng)都采用交流變頻裝置。在國內(nèi)，礦用電動(dòng)車依然以使用直流調(diào)速機(jī)車為主。目前很多廠家都在加緊研制工礦用機(jī)車的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)工礦用機(jī)車現(xiàn)有調(diào)速方式相對(duì)落后的狀況，提供一種可靠的工礦用機(jī)車牽引變頻器，采用SVPWM控制技術(shù)，替代工礦用直流調(diào)速機(jī)車，達(dá)到提高效率、環(huán)保節(jié)能、方便操控、降低維護(hù)成本的目的。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是包括機(jī)箱，機(jī)箱內(nèi)部電氣回路包括三相電壓型逆變電路、DC/DC控制電源、SVPWM信號(hào)隔離及驅(qū)動(dòng)電路、再生制動(dòng)電路、三相電流及溫度檢測(cè)電路、電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路、直流母線電壓檢測(cè)電路、DSP控制系統(tǒng)、機(jī)車狀態(tài)顯示和故障診斷電路、機(jī)車駕駛給定信號(hào)輸入電路、通信電路，所述三相電壓型逆變電路輸入端接外接電源，輸出端接兩臺(tái)交流異步電機(jī)；DC/DC控制電源、直流母線電壓檢測(cè)電路、三相電流及溫度檢測(cè)電路、電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路接入DSP控制系統(tǒng)；DSP控制系統(tǒng)與制動(dòng)電路、SVPWM信號(hào)隔離及驅(qū)動(dòng)電路、機(jī)車狀態(tài)顯示和故障診斷電路連接，再生制動(dòng)電路、SVPWM信號(hào)隔離及驅(qū)動(dòng)電路接入三相電壓型逆變電路；機(jī)車狀態(tài)顯示和故障診斷電路與DSP控制系統(tǒng)連接，通信電路與DSP控制系統(tǒng)雙向連接。所述DSP控制系統(tǒng)為TMS320F2812芯片。通信電路采用CAN與SCI總線。 所述機(jī)箱為四腔體結(jié)構(gòu)，控制腔位于機(jī)箱正面，散熱腔位于控制腔背面，接線腔位于散熱腔上部，電容腔位于控制腔下部。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所具有的有益效果為在工礦機(jī)車惡劣的工礦條件下，本實(shí)用新型的牽引變頻器驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電機(jī)在電動(dòng)/再生制動(dòng)回饋等不同工況和大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)高效率區(qū)運(yùn)行，功率因數(shù)高，損耗小。額定工況下電機(jī)效率達(dá)到83%，逆變器效率大于 96%，系統(tǒng)效率80%。

圖1為本實(shí)用新型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實(shí)用新型機(jī)箱內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型機(jī)箱區(qū)隔為控制腔、散熱腔、電容腔和接線腔，既保證防護(hù)要求也滿足散熱要求，方便實(shí)施與維護(hù)。參見圖1，逆變器結(jié)構(gòu)分為四個(gè)腔體，控制腔位于機(jī)箱正面，散熱腔位于控制腔背面，接線腔位于散熱腔上部，電容腔位于控制腔下部。控制腔裝有功率模塊3、控制回路4、固定支架6、母排8，控制回路4采用固定支架 6固定，功率模塊3由母排8相連；散熱腔由散熱風(fēng)扇5、散熱器2組成；控制腔與散熱腔由散熱器2的中間鋁板1隔開，中間鋁板既作為主散熱片又是功率模塊3安裝低板，風(fēng)扇5用于加強(qiáng)散熱效果。接線腔裝于散熱腔的上部，方便主回路的進(jìn)出線通過電纜引入加緊裝置7 與輸出母排相連。主電容9安裝在箱體底部的電容腔里，有利于箱體穩(wěn)定性?？刂魄慌c散熱腔、接線腔、電容腔相接處均密封處理，控制腔達(dá)到IPM的防護(hù)等級(jí)，避免濕氣和鹽霧等不利因素對(duì)電子元器件的影響。參見圖2，本實(shí)用新型的機(jī)箱內(nèi)部電路包括三相電壓型逆變電路1、SVPWM信號(hào)隔離及驅(qū)動(dòng)電路2、再生制動(dòng)電路3、三相電流及溫度檢測(cè)電路4、電機(jī)轉(zhuǎn)速及溫度檢測(cè)電路5、 直流母線電壓檢測(cè)電路6、DC/DC控制電源7、DSP控制系統(tǒng)8、通信電路9、機(jī)車狀態(tài)顯示和故障診斷電路10、機(jī)車駕駛給定信號(hào)輸入電路11。三相電壓型逆變電路1的輸入端接外接電源，輸出經(jīng)逆變后接兩臺(tái)異步交流電機(jī)；通過DSP控制系統(tǒng)8檢測(cè)電機(jī)速度和電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，計(jì)算出電機(jī)效率最優(yōu)的運(yùn)行磁通，通過控制參考定子電流的磁通分量使電機(jī)效率優(yōu)化， 運(yùn)用矢量控制技術(shù)，產(chǎn)生的SVPWM信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)SVPWM信號(hào)隔離及驅(qū)動(dòng)電路2后控制IGBT 功率模塊，完成直流到交流轉(zhuǎn)換；再生制動(dòng)電路3實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)將再生功率回饋給直流電源；三相電流溫度檢測(cè)電路4完成對(duì)三相電壓型逆變電路1的三相電流、溫度的檢測(cè)，用霍爾傳感器檢測(cè)電流，電壓互感器檢測(cè)電壓，溫度檢測(cè)是通過LM35溫度傳感器獲得， 然后通過AD轉(zhuǎn)換送入DSP控制系統(tǒng)；電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路5通過編碼器到電機(jī)的轉(zhuǎn)速送入 DSP控制系統(tǒng)；直流母線電壓檢測(cè)電路6通過兩個(gè)電阻分壓之后，產(chǎn)生一個(gè)0-5V的直流電壓經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后送入DSP進(jìn)行處理；DSP控制系統(tǒng)8對(duì)電機(jī)進(jìn)行電流、電壓、溫度檢測(cè)后， 根據(jù)矢量控制算法進(jìn)行分析計(jì)算，產(chǎn)生相應(yīng)的SVPWM信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路的IGBT功率模塊模塊控制，產(chǎn)生2臺(tái)異步三相電機(jī)所需的電壓與頻率；通信電路CAN總線及SPI接口電路9 完成DSP控制系統(tǒng)8與外部的通信。工礦用機(jī)車實(shí)時(shí)工作狀態(tài)是通過機(jī)車狀態(tài)顯示電路10完成的。狀態(tài)顯示電路10與DSP控制系統(tǒng)8的通訊方式采用RS232串口通信方式。駕駛控制信號(hào)輸入接口電路11采用光電耦合芯片PC817避免了外界對(duì)DSP控制系統(tǒng)8的干擾。 本實(shí)用新型中的DSP控制系統(tǒng)8采用美國德州公司的高速數(shù)字信號(hào)處理器DSP TMS320F2812，該芯片采用了高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，低電壓設(shè)計(jì)，核心電壓1.8V，輸入輸出接口電壓3.3V。采用哈佛總線結(jié)構(gòu)。功率電路采用西門康公司功率模塊SKM600GB126D，驅(qū)動(dòng)電路也采用西門康的專用驅(qū)動(dòng)板，驅(qū)動(dòng)板內(nèi)部有過電流、模塊故障檢測(cè)電路，可將檢測(cè)信號(hào)送到DSP作中斷處理。它由高速低工耗的管芯和優(yōu)化的門級(jí)驅(qū)動(dòng)電路以及快速保護(hù)電路構(gòu)成。即使發(fā)生負(fù)載事故或使用不當(dāng)，也可以及時(shí)保護(hù)使自身不受損壞。[0021 ] 本實(shí)用新型2008年5月安裝在山西霍州某礦山的牽引機(jī)車變頻器運(yùn)行狀況良好，由于采用交流電機(jī)，轉(zhuǎn)子不損壞，調(diào)速器不用更換觸頭、導(dǎo)電板、凸輪基本不維修。閘瓦片基本不磨損，不需更換，一年節(jié)約的材料費(fèi)可達(dá)10000元，相比較直流電阻調(diào)速機(jī)車，變頻調(diào)速機(jī)車節(jié)電率為35%，按照每天運(yùn)行16小時(shí)和年工作300日計(jì)算，電機(jī)功率為2X30KW的機(jī)車日節(jié)電336度，若電費(fèi)按1元/度，每日節(jié)省電費(fèi)336元，則一年節(jié)省電費(fèi)100800元。表明系統(tǒng)具有較高的可靠性和實(shí)施性。
權(quán)利要求1.一種工礦用機(jī)車牽引變頻器，包括機(jī)箱，機(jī)箱內(nèi)部電氣回路包括三相電壓型逆變電路、DC/DC控制電源、SVPWM信號(hào)隔離及驅(qū)動(dòng)電路、再生制動(dòng)電路、三相電流及溫度檢測(cè)電路、電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路、直流母線電壓檢測(cè)電路、DSP控制系統(tǒng)、機(jī)車狀態(tài)顯示和故障診斷電路、機(jī)車駕駛給定信號(hào)輸入電路、通信電路，其特征在于，所述三相電壓型逆變電路輸入端接外接電源，輸出端接兩臺(tái)交流異步電機(jī)；DC/DC控制電源、直流母線電壓檢測(cè)電路、三相電流及溫度檢測(cè)電路、電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路接入DSP控制系統(tǒng)；DSP控制系統(tǒng)與制動(dòng)電路、 SVPWM信號(hào)隔離及驅(qū)動(dòng)電路、機(jī)車狀態(tài)顯示和故障診斷電路連接，再生制動(dòng)電路、SVPWM信號(hào)隔離及驅(qū)動(dòng)電路接入三相電壓型逆變電路；機(jī)車狀態(tài)顯示和故障診斷電路與DSP控制系統(tǒng)連接，通信電路與DSP控制系統(tǒng)雙向連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工礦用機(jī)車牽引變頻器，其特征在于，所述DSP控制系統(tǒng)為 TMS320F2812 芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工礦用機(jī)車牽引變頻器，其特征在于，通信電路采用CAN與 SCI總線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的工礦用機(jī)車牽引變頻器，其特征在于，所述機(jī)箱為四腔體結(jié)構(gòu)，控制腔位于機(jī)箱正面，散熱腔位于控制腔背面，接線腔位于散熱腔上部，電容腔位于控制腔下部。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種工礦用機(jī)車牽引變頻器，包括機(jī)箱，機(jī)箱內(nèi)部電氣回路包括三相電壓型逆變電路、DC/DC控制電源、SVPWM信號(hào)隔離及驅(qū)動(dòng)電路、再生制動(dòng)電路、三相電流及溫度檢測(cè)電路、電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路、直流母線電壓檢測(cè)電路、DSP控制系統(tǒng)、機(jī)車狀態(tài)顯示和故障診斷電路、機(jī)車駕駛給定信號(hào)輸入電路、通信電路，本變頻器功率分配平衡、起動(dòng)力矩大、制動(dòng)性能優(yōu)越，操作簡單方便，其性能指標(biāo)達(dá)到了國內(nèi)市場(chǎng)同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。
文檔編號(hào)H02P21/12GK202178736SQ20112031364
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)明者張勝勇 申請(qǐng)人:湖南鼎力電氣系統(tǒng)有限公司