一種電力推進(jìn)船舶變流器控制單元的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)中節(jié)流器的控制裝置，具體為一種電力推進(jìn)船舶變流器控制單元，包括控制電源板、通信板、模擬量板、數(shù)字量輸入輸出板、DSP主控制板、脈沖發(fā)送板、狀態(tài)反饋板、功率模塊電源板，母板；其中，母板與其余8個(gè)電路板的一端通過連接器連接，這8個(gè)電路板的另一端為面板，部分通過48芯連接器與外部低壓電氣端口連接，光纖板通過光纖與功率模塊的驅(qū)動(dòng)和故障反饋信號(hào)連接，采用PROFIBUS總線通訊方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)（如轉(zhuǎn)矩、頻率、電流、電壓、運(yùn)行信號(hào)、故障信號(hào)、故障類型、檔位反饋等信號(hào)）傳輸，本實(shí)用新型適用于電力推進(jìn)船舶的控制與保護(hù)。
【專利說明】一種電力推進(jìn)船舶變流器控制單元
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)中節(jié)流器的控制裝置，具體為一種電力推進(jìn)船舶變流器控制單元。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，傳統(tǒng)船舶的主推進(jìn)系統(tǒng)普遍采用柴油機(jī)+齒輪箱+螺旋槳的機(jī)械推進(jìn)方式，船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)同傳統(tǒng)的機(jī)械推進(jìn)方式相比，在機(jī)動(dòng)性、應(yīng)急能力、動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性、振動(dòng)噪聲、船舶操縱、布置和安全可靠性等方面具有明顯優(yōu)點(diǎn)；電力推進(jìn)系統(tǒng)中的變流器做為電能轉(zhuǎn)化部件，起到了承上啟下的作用，變流器接收柴油機(jī)發(fā)出的恒壓恒頻交流電，將恒壓恒頻交流電轉(zhuǎn)換為變壓變頻交流電送給推進(jìn)電機(jī)，推進(jìn)電機(jī)進(jìn)而通過齒輪箱驅(qū)動(dòng)螺旋槳，實(shí)現(xiàn)了船舶的前進(jìn)、后退、牽引、制動(dòng)、加速、減速、停車等動(dòng)作。因此需要一個(gè)變流器控制單元將柴油機(jī)、變流器、齒輪箱、推進(jìn)電機(jī)、船舶狀態(tài)、船舶車鐘等的信息收集起來(lái)并綜合各種信息實(shí)現(xiàn)電推進(jìn)船舶的控制與保護(hù)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)在沒有一種主控單元能有效控制船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)中的變流器的問題，提供了一種電力推進(jìn)船舶變流器控制單元。
[0004]本實(shí)用新型是采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種電力推進(jìn)船舶變流器控制單元，包括控制電源板、通信板、模擬量板、數(shù)字量輸入輸出板、DSP主控制板、脈沖發(fā)送板、狀態(tài)反饋板、功率模塊電源板和母板；
[0005]控制電源板的板面上設(shè)有第一輸入連接模塊DC1、控制電源轉(zhuǎn)換模塊和第十五連接器P15，第一輸入連接模塊DC1和控制電源轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接，第一電源轉(zhuǎn)換模塊的輸出端和第十五連接器P15連接，控制電源板通過第十五連接器P15和母板連接；
[0006]通信板的板面上設(shè)有第一連接器P1、第三輸入連接模塊DC3、通信電源轉(zhuǎn)換模塊、CAN控制器接口芯片、CAN轉(zhuǎn)PR0FIBUS模塊、第一輸出接口 RS232、第二輸出接口 CAN、第三輸出接口 PR0FIBUS ;第三輸入連接模塊DC3和CAN控制器接口芯片連接，CAN控制器接口芯片和CAN轉(zhuǎn)PR0FIBUS模塊連接，第一輸出接口 RS232和第二輸出接口 CAN都和CAN控制器接口芯片連接，第三輸出接口 PR0FIBUS和CAN轉(zhuǎn)PR0FIBUS模塊連接，第一連接器P1和CAN控制器接口芯片連接，通信板通過第一連接器P1和母板連接；
[0007]模擬量板的面板上設(shè)有第四輸入連接模塊ALSP、采樣處理電路和第六連接器P6，第四輸入連接模塊ALSP和采樣處理電路的輸入端連接，采樣處理電路的輸出端和第六連接器P6連接，模擬量板通過第六連接器P6和母板連接；
[0008]數(shù)字量輸入輸出板的面板上設(shè)有第四連接器P4、數(shù)字量輸出電路、數(shù)字量輸入電路和第五輸入輸出連接模塊D10，數(shù)字量輸出電路的輸入端連接第四連接器P4、數(shù)字量輸出電路的輸出端連接第五輸入輸出連接模塊D10,數(shù)字量輸入電路的輸入端連接第五輸入輸出連接模塊D10、數(shù)字量輸入電路輸出端連接第四連接器P4，數(shù)字量輸入輸出板通過第四連接器P4和母板連接；
[0009]DSP主控制板的面板上設(shè)有第八連接器P8、DSP小板、永磁電機(jī)速度解碼板、第一對(duì)外連接器SDl和第二對(duì)外連接器SD2，DSP小板上固定有DSP芯片和CPLD芯片，永磁電機(jī)速度解碼板上固定有AD2S1200速度、位置解碼芯片，第八連接器P8和DSP芯片連接，第一對(duì)外連接器SDl和永磁電機(jī)速度解碼板上的AD2S1200速度、位置解碼芯片連接，第二對(duì)外連接器SD2和DSP小板上的DSP芯片連接，DSP芯片和AD2S1200速度、位置解碼芯片連接，DSP芯片和CPLD芯片，DSP主控制板通過第八連接器P8和母板連接；
[0010]脈沖發(fā)送板的面板上設(shè)有第十一連接器P11、光纖發(fā)送頭OPAO和IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)理電路，第十一連接器Pll和IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)理電路的輸入端連接，IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)理電路的輸出端和光纖發(fā)送頭OPAO的輸入端連接，脈沖發(fā)送板通過第十一連接器PlI和母板連接;
[0011]狀態(tài)反饋板的面板上設(shè)有第十三連接器P13、光纖接收頭OPAI和IGBT故障信號(hào)處理電路，光纖接收頭OPAI的輸出端和IGBT故障信號(hào)處理電路的輸入端連接，IGBT故障信號(hào)處理電路的輸出端和第十三連接器P13連接，狀態(tài)反饋板通過第十三連接器P13和母板連接；
[0012]功率模塊電源板包括第二輸入連接模塊DC2、功率電源轉(zhuǎn)換模塊和第十八連接器P18，第二輸入連接模塊DC2的輸出端和功率電源轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接，功率電源轉(zhuǎn)換模塊的輸出端和第十八連接器P18的輸入端連接，功率模塊電源板通過第十八連接器P18和母板連接；
[0013]第十五連接器P15、第一連接器P1、第六連接器P6、第四連接器P4、第十一連接器Pll和第十三連接器P13都和第八連接器P8連接。
[0014]控制單元中的控制電源板上的第一輸入連接模塊DC1、功率模塊電源板上的第二輸入連接模塊DC2和通信板上的第三輸入連接模塊DC3和外部直流電連接，DSP主控制板上的第一對(duì)外連接器SDl可以和永磁電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器連接，第二對(duì)外連接器SD2可以和異步電機(jī)光電編碼器連接，脈沖發(fā)送板上的光纖發(fā)送頭OPAO的輸出端和變流器上功率模塊的控制端連接，變流器功率模塊的反饋端和狀態(tài)反饋板上的光纖接收頭OPAI連接，模擬量板中的第四輸入連接模塊ALSP和溫度傳感器、電壓傳感器和電流傳感器連接，還和車鐘連接，數(shù)字量輸入輸出板上的第五輸入輸出連接模塊D1和船舶上的急停、復(fù)位、單雙機(jī)按鈕、車鐘等器件連接，工作時(shí)，控制電源板上的控制電源轉(zhuǎn)換模塊將外部直流電轉(zhuǎn)換為控制單元的內(nèi)部電壓，通過第十五連接器P15供給控制單元中的其他板塊，通信板上的通信電源轉(zhuǎn)換模塊將外部直流電轉(zhuǎn)換為通信板內(nèi)部電壓、并供給CAN控制器接口芯片，功率模塊電源板上的功率電源轉(zhuǎn)換模塊將外部直流電轉(zhuǎn)換為功率模塊電壓，并供給變流器上的功率模塊；
[0015]模擬量板采集溫度、電壓、電流、車鐘等信號(hào)，并送入DSP主控制板上的DSP芯片，數(shù)字量輸入輸出板采集編碼型車鐘信號(hào)、急停信號(hào)、復(fù)位信號(hào)、使能信號(hào)、單雙機(jī)信號(hào)等，并送入DSP主控制板上的DSP芯片，通信板上有第一輸出接口 RS232、第二輸出接口 CAN和第三輸出接口 PR0FIBUS，能夠?qū)崿F(xiàn)與船舶上其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；DSP主控制板上的DSP芯片負(fù)責(zé)對(duì)采集的模擬量和數(shù)字量進(jìn)行處理，完成電機(jī)控制算法，形成變流器中IGBT功率模塊的PWM脈沖，PWM脈沖由脈沖發(fā)送板傳送到IGBT功率模塊，狀態(tài)反饋板從IGBT功率模塊接收狀態(tài)光纖信號(hào)，DSP芯片根據(jù)IGBT功率模塊的狀態(tài)光纖信號(hào)，形成反饋后的PWM脈沖，完成故障診斷和保護(hù)任務(wù)。
[0016]基于上述過程，本實(shí)用新型提供了一種電力推進(jìn)船舶變流器控制單元，該控制單元具有以下優(yōu)點(diǎn):其一，采用可插拔的結(jié)構(gòu)方式，8個(gè)電路子板通過連接器連接固定，采用前面板接線方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，抗干擾能力強(qiáng)，維護(hù)更換時(shí)不易插錯(cuò)；其二，控制單元通過收集各種信息后通過DSP芯片發(fā)出PWM脈沖，控制變流器中IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)電力推進(jìn)船舶的無(wú)級(jí)調(diào)速；其三:控制單元具有豐富的通訊接口，實(shí)現(xiàn)全船的信息交換，為全船保護(hù)和船長(zhǎng)操縱船舶提供了可靠的依據(jù)。綜上所述，本實(shí)用新型所述的一種電力推進(jìn)船舶變流器控制單元有效解決了現(xiàn)有電力推進(jìn)船舶控制與保護(hù)功能。
[0017]本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理、設(shè)計(jì)巧妙，有效解決了電力推進(jìn)船舶的控制和保護(hù)問題，并已在電力推進(jìn)拖網(wǎng)漁船、電力推進(jìn)內(nèi)河運(yùn)輸船、電力推進(jìn)燈光圍網(wǎng)船上成功應(yīng)用，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型的子板連接關(guān)系示意圖。
[0019]圖2是本實(shí)用新型的子板位置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]一種電力推進(jìn)船舶變流器控制單元，包括控制電源板、通信板、模擬量板、數(shù)字量輸入輸出板、DSP主控制板、脈沖發(fā)送板、狀態(tài)反饋板、功率模塊電源板和母板；
[0021]控制電源板的板面上設(shè)有第一輸入連接模塊DCl、控制電源轉(zhuǎn)換模塊和第十五連接器P15，第一輸入連接模塊DCl和控制電源轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接，第一電源轉(zhuǎn)換模塊的輸出端和第十五連接器P15連接，控制電源板通過第十五連接器P15和母板連接；
[0022]通信板的板面上設(shè)有第一連接器P1、第三輸入連接模塊DC3、通信電源轉(zhuǎn)換模塊、CAN控制器接口芯片、CAN轉(zhuǎn)PR0FIBUS模塊、第一輸出接口 RS232、第二輸出接口 CAN、第三輸出接口 PR0FIBUS ;第三輸入連接模塊DC3和CAN控制器接口芯片連接，CAN控制器接口芯片和CAN轉(zhuǎn)PR0FIBUS模塊連接，第一輸出接口 RS232和第二輸出接口 CAN都和CAN控制器接口芯片連接，第三輸出接口 PR0FIBUS和CAN轉(zhuǎn)PR0FIBUS模塊連接，第一連接器Pl和CAN控制器接口芯片連接，通信板通過第一連接器Pl和母板連接；
[0023]模擬量板的面板上設(shè)有第四輸入連接模塊ALSP、采樣處理電路和第六連接器P6，第四輸入連接模塊ALSP和采樣處理電路的輸入端連接，采樣處理電路的輸出端和第六連接器P6連接，模擬量板通過第六連接器P6和母板連接；
[0024]數(shù)字量輸入輸出板的面板上設(shè)有第四連接器P4、數(shù)字量輸出電路、數(shù)字量輸入電路和第五輸入輸出連接模塊D10，數(shù)字量輸出電路的輸入端連接第四連接器P4、數(shù)字量輸出電路的輸出端連接第五輸入輸出連接模塊D10,數(shù)字量輸入電路的輸入端連接第五輸入輸出連接模塊D10、數(shù)字量輸入電路輸出端連接第四連接器P4，數(shù)字量輸入輸出板通過第四連接器P4和母板連接；
[0025]DSP主控制板的面板上設(shè)有第八連接器P8、DSP小板、永磁電機(jī)速度解碼板、第一對(duì)外連接器SDl和第二對(duì)外連接器SD2，DSP小板上固定有DSP芯片和CPLD芯片，永磁電機(jī)速度解碼板上固定有AD2S1200速度、位置解碼芯片，第八連接器P8和DSP芯片連接，第一對(duì)外連接器SDl和永磁電機(jī)速度解碼板上的AD2S1200速度、位置解碼芯片連接，第二對(duì)外連接器SD2和DSP小板上的DSP芯片連接，DSP芯片和AD2S1200速度、位置解碼芯片連接，DSP芯片和CPLD芯片，DSP主控制板通過第八連接器P8和母板連接；
[0026]脈沖發(fā)送板的面板上設(shè)有第十一連接器P11、光纖發(fā)送頭OPAO和IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)理電路，第十一連接器Pll和IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)理電路的輸入端連接，IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)理電路的輸出端和光纖發(fā)送頭OPAO的輸入端連接，脈沖發(fā)送板通過第十一連接器PlI和母板連接;
[0027]狀態(tài)反饋板的面板上設(shè)有第十三連接器P13、光纖接收頭OPAI和IGBT故障信號(hào)處理電路，光纖接收頭OPAI的輸出端和IGBT故障信號(hào)處理電路的輸入端連接，IGBT故障信號(hào)處理電路的輸出端和第十三連接器P13連接，狀態(tài)反饋板通過第十三連接器P13和母板連接；
[0028]功率模塊電源板包括第二輸入連接模塊DC2、功率電源轉(zhuǎn)換模塊和第十八連接器P18，第二輸入連接模塊DC2的輸出端和功率電源轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接，功率電源轉(zhuǎn)換模塊的輸出端和第十八連接器P18的輸入端連接，功率模塊電源板通過第十八連接器P18和母板連接；
[0029]第十五連接器P15、第一連接器P1、第六連接器P6、第四連接器P4、第十一連接器Pll和第十三連接器P13都和第八連接器P8連接。
[0030]具體實(shí)施時(shí)，數(shù)字量輸入輸出板、模擬量板、DSP主控制板、脈沖發(fā)送板、狀態(tài)反饋板、通信板、電源板均采用3U板型，DSP芯片采用TMS320F2812型DSP芯片，CPLD芯片采用XC95144型CPLD，光纖頭采用HFBR1521、HFBR2521型光纖頭。
【權(quán)利要求】
1.一種電力推進(jìn)船舶變流器控制單元，其特征在于包括控制電源板、通信板、模擬量板、數(shù)字量輸入輸出板、DSP主控制板、脈沖發(fā)送板、狀態(tài)反饋板、功率模塊電源板和母板；控制電源板的板面上設(shè)有第一輸入連接模塊DC1、控制電源轉(zhuǎn)換模塊和第十五連接器P15，第一輸入連接模塊DCl和控制電源轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接，第一電源轉(zhuǎn)換模塊的輸出端和第十五連接器P15連接，控制電源板通過第十五連接器P15和母板連接； 通信板的板面上設(shè)有第一連接器P1、第三輸入連接模塊DC3、通信電源轉(zhuǎn)換模塊、CAN控制器接口芯片、CAN轉(zhuǎn)PROFIBUS模塊、第一輸出接口 RS232、第二輸出接口 CAN、第三輸出接口 PROFIBUS ;第三輸入連接模塊DC3和CAN控制器接口芯片連接，CAN控制器接口芯片和CAN轉(zhuǎn)PROFIBUS模塊連接，第一輸出接口 RS232和第二輸出接口 CAN都和CAN控制器接口芯片連接，第三輸出接口 PROFIBUS和CAN轉(zhuǎn)PROFIBUS模塊連接，第一連接器Pl和CAN控制器接口芯片連接，通信板通過第一連接器Pl和母板連接； 模擬量板的面板上設(shè)有第四輸入連接模塊ALSP、采樣處理電路和第六連接器P6，第四輸入連接模塊ALSP和采樣處理電路的輸入端連接，采樣處理電路的輸出端和第六連接器P6連接，模擬量板通過第六連接器P6和母板連接； 數(shù)字量輸入輸出板的面板上設(shè)有第四連接器P4、數(shù)字量輸出電路、數(shù)字量輸入電路和第五輸入輸出連接模塊D10，數(shù)字量輸出電路的輸入端連接第四連接器P4、數(shù)字量輸出電路的輸出端連接第五輸入輸出連接模塊D1,數(shù)字量輸入電路的輸入端連接第五輸入輸出連接模塊D10、數(shù)字量輸入電路輸出端連接第四連接器P4，數(shù)字量輸入輸出板通過第四連接器P4和母板連接； DSP主控制板的面板上設(shè)有第八連接器P8、DSP小板、永磁電機(jī)速度解碼板、第一對(duì)外連接器SDl和第二對(duì)外連接器SD2，DSP小板上固定有DSP芯片和CPLD芯片，永磁電機(jī)速度解碼板上固定有AD2S1200速度、位置解碼芯片，第八連接器P8和DSP芯片連接，第一對(duì)外連接器SDl和永磁電機(jī)速度解碼板上的AD2S1200速度、位置解碼芯片連接，第二對(duì)外連接器SD2和DSP小板上的DSP芯片連接，DSP芯片和AD2S1200速度、位置解碼芯片連接，DSP芯片和CPLD芯片，DSP主控制板通過第八連接器P8和母板連接； 脈沖發(fā)送板的面板上設(shè)有第十一連接器P11、光纖發(fā)送頭OPAO和IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)理電路，第十一連接器Pll和IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)理電路的輸入端連接，IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)理電路的輸出端和光纖發(fā)送頭OPAO的輸入端連接，脈沖發(fā)送板通過第十一連接器Pll和母板連接；狀態(tài)反饋板的面板上設(shè)有第十三連接器P13、光纖接收頭OPAI和IGBT故障信號(hào)處理電路，光纖接收頭OPAI的輸出端和IGBT故障信號(hào)處理電路的輸入端連接，IGBT故障信號(hào)處理電路的輸出端和第十三連接器P13連接，狀態(tài)反饋板通過第十三連接器P13和母板連接；功率模塊電源板包括第二輸入連接模塊DC2、功率電源轉(zhuǎn)換模塊和第十八連接器P18，第二輸入連接模塊DC2的輸出端和功率電源轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接，功率電源轉(zhuǎn)換模塊的輸出端和第十八連接器P18的輸入端連接，功率模塊電源板通過第十八連接器P18和母板連接； 第十五連接器P15、第一連接器P1、第六連接器P6、第四連接器P4、第十一連接器Pll和第十三連接器P13都和第八連接器P8連接。
【文檔編號(hào)】H02M1/00GK204078053SQ201420555571
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】余華, 詹哲軍, 李巖, 荊躍鵬, 黃俊平, 王銳 申請(qǐng)人:永濟(jì)新時(shí)速電機(jī)電器有限責(zé)任公司