專利名稱：工礦電機(jī)車斬波調(diào)速電氣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及大型工礦電力機(jī)車的起動(dòng)、調(diào)速、運(yùn)行、電制動(dòng)控制，特別適用于150t工礦電機(jī)車1500V級(jí)IGBT斬波調(diào)速電氣系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，大型工礦電力機(jī)車中，150t為國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多的車型，該車電氣牽引系統(tǒng)采用觸點(diǎn)分級(jí)切斷電阻實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速控制，電阻的切換、牽引/制動(dòng)轉(zhuǎn)換、牽引電機(jī)串并聯(lián)轉(zhuǎn)換均由電空接觸器實(shí)現(xiàn)，整車牽引電機(jī)數(shù)量為6臺(tái)，牽引級(jí)數(shù)為41級(jí)，電制動(dòng)為24級(jí)，所用電空接觸器總數(shù)為54個(gè)；另外控制及保護(hù)電路均采用繼電器及輔助觸頭聯(lián)鎖，以實(shí)現(xiàn)主接觸器閉合順序調(diào)速及主電路過電壓、過電流保護(hù)，使得整個(gè)電氣系統(tǒng)體積龐大，線路復(fù)雜，可靠性低。
實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有大型工礦電力機(jī)車的電氣系統(tǒng)體積龐大，線路復(fù)雜，可靠性低的問題。適應(yīng)產(chǎn)品持續(xù)發(fā)展，提高工礦電機(jī)車電氣牽引系統(tǒng)的技術(shù)水平及產(chǎn)品的更新?lián)Q代，在電機(jī)車電阻調(diào)速控制裝置中使主電路簡(jiǎn)單、采用小型、輕量、高效率、高可靠性的IGBT直流斬波器來替代。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是由三套IGBT斬波調(diào)速單元和IGBT斬波調(diào)壓調(diào)速控制單元組成，每個(gè)IGBT斬波調(diào)速單元控制二臺(tái)直流牽引電機(jī)，牽引工況電路和制動(dòng)工況電路組成斬波調(diào)速單元.IGBT斬波調(diào)壓調(diào)速控制單元由司機(jī)控制器A1、監(jiān)控顯示屏A2、控制電源A3、程控單元A4構(gòu)成.用IGBT直流斬波器調(diào)速方式代替原來的電阻調(diào)速方式，取消原高壓室電阻切換及電機(jī)串并聯(lián)電空接觸器、分流器、過電壓繼電器、過電流繼電器等電器組件，取消平波電抗器，取消起動(dòng)電阻，取消起動(dòng)電阻切換接觸器，取消電機(jī)串/并聯(lián)轉(zhuǎn)換接觸器；增加三套模塊化IGBT直流斬波器裝置、主電路的預(yù)充電路及濾波、吸收環(huán)節(jié)；取消原駕駛臺(tái)老式司控器，增加小型輕便司控器、操作開關(guān)、指示儀表及彩色液晶顯示器；新增部件全部采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于維護(hù)，改造后電纜數(shù)量大為減少，相關(guān)的電纜重新布置。
本實(shí)用新型的有益效果是，簡(jiǎn)化了裝置的結(jié)構(gòu)和體積縮小，運(yùn)營(yíng)可靠性提高，用戶維護(hù)方便。由于采用自關(guān)斷IGBT器件，斬波器工作頻率提高，電機(jī)電流脈動(dòng)率很小，改進(jìn)了牽引電機(jī)的換向性能，省去了笨重的平波電抗器，進(jìn)線濾波電抗器也減小，減輕系統(tǒng)的重量和體積。至今礦山仍有大量電阻調(diào)速工礦電機(jī)車在運(yùn)行，對(duì)老車進(jìn)行電氣牽引系統(tǒng)更新，可使現(xiàn)有的工礦電機(jī)車技術(shù)提高一個(gè)檔次，使更新后的產(chǎn)品獲得新的電氣牽引性能，將給礦山電機(jī)車運(yùn)輸帶來技術(shù)上的飛躍，滿足運(yùn)輸要求，增加經(jīng)濟(jì)效益。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。


圖1工礦電機(jī)車斬波調(diào)速電氣裝置單元主電路原理圖圖2工礦電機(jī)車斬波調(diào)速電氣裝置單元控制原理框圖圖中QF.直流斷路器，L1.進(jìn)線濾波電感，C0、C1.濾波電容，KM1.線路接觸器，KM2.預(yù)充接觸器，KM3、KM5.牽引接觸器，KM4、KM6.制動(dòng)接觸器，Q1.反向器，RE.預(yù)充電阻，RZ1、RZ2、.制動(dòng)電阻，RZ3.吸收電阻，R0、R1、R2.電壓傳感器限流電阻，SV0、SV1、SV2.電壓傳感器，SC1、SC2、SC3.電流傳感器，V1、V2.斬波IGBT元件，V1、V2.二極管，DRV1、DRV2、DRV3.斬波IGBT元件驅(qū)動(dòng)器，M1、M2.直流牽引電機(jī)，F(xiàn)U1、FU2.熔斷器，A1.司機(jī)控制器，A2.監(jiān)控顯示屏，A3.控制電源，A4.程控單元.
具體實(shí)施方式
在圖1中，在150t工礦電機(jī)車電氣牽引系統(tǒng)由三套1500V級(jí)IGBT斬波調(diào)速單元構(gòu)成，其中第一單元原理圖如圖1，下面在此基礎(chǔ)上簡(jiǎn)要闡述主電路工作原理，其它兩個(gè)單元工作原理與此相同。
牽引工況電路如圖1所示，接觸器KM3-1、KM3-2、牽引電機(jī)M1、電流傳感器SC1、IGBT組件V1、串聯(lián)連接成牽引支路一；接觸器KM5-1、KM5-2、牽引電機(jī)M2、電流傳感器SC2、IGBT組件V2、串聯(lián)連接成牽引支路二；牽引支路一與牽引支路二以及濾波電容C0、C1并聯(lián)后再與接觸器KM2、KM1、濾波電感L1、斷路器QF串聯(lián)連接至電源正極，IGBT組件V1和IGBT組件V2的E端以及濾波電容C0、C1的負(fù)極接電源負(fù)極。
接觸器KM1、KM3、KM5閉合，DC1500V電源經(jīng)斷路器QF、濾波電感L1、然后分別經(jīng)KM3、KM5，反向器Q1、牽引電機(jī)M1、M2，IGBT元件V1、V2至電源負(fù)極形成牽引回路，實(shí)時(shí)控制V1、V2的導(dǎo)通時(shí)間便可實(shí)時(shí)控制主電路中通過電機(jī)的電流或電機(jī)兩端的平均電壓，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制。
制動(dòng)工況電路接觸器KM1、閉合，KM3-1、KM3-2斷開，KM4-1、KM4-2、電機(jī)M1電樞、電機(jī)M2勵(lì)磁線圈、IGBT組件V2、二極管V4、制動(dòng)電阻RZ2、熔斷器FU2串聯(lián)連接成制動(dòng)回路一；KM5-1、KM5-2斷開，KM6-1、KM6-2、電機(jī)M2電樞、電機(jī)M1勵(lì)磁線圈、IGBT組件V1、二極管V3、制動(dòng)電阻RZ1、熔斷器FU1串聯(lián)連接成制動(dòng)回路二；IGBT組件V1、IGBT組件V2的續(xù)流二極管陰極以及濾波電容C0、C1的正極連成一點(diǎn)后連接至接觸器KM2的輸出點(diǎn)，接觸器KM1、濾波電感L1、斷路器QF串聯(lián)后連接至電源正極，IGBT組件V1和IGBT組件V2的E端以及濾波電容C0、C1的負(fù)極接電源負(fù)極；吸收電阻RZ3與電流傳感器SC3、IGBT組件V3串聯(lián)后跨接于接觸器KM2的輸出點(diǎn)與電源負(fù)極之間；所有這些連接構(gòu)成交叉勵(lì)磁再生回饋電阻能耗混合電制動(dòng)回路。
接觸器KM1閉合，KM3、KM5斷開，KM4、KM6閉合，此時(shí)兩牽引電機(jī)都變成直流發(fā)電機(jī)，電機(jī)M1的電流經(jīng)KM4、電機(jī)M2勵(lì)磁線圈，制動(dòng)電阻RZ2、RZ4、熔斷器FU2回至電機(jī)M1的另一端，形成電機(jī)M1制動(dòng)電流回路，V2、V4與電阻RZ2并聯(lián)；電機(jī)M2的電流經(jīng)KM6、電機(jī)M1勵(lì)磁線圈，制動(dòng)電阻RZ1、RZ1、熔斷器FU1回至電機(jī)M2的另一端，形成電機(jī)M2制動(dòng)電流回路，V1、V3與電阻RZ1并聯(lián)；實(shí)時(shí)控制V1、V2的導(dǎo)通時(shí)間便可實(shí)時(shí)控制主電路中通過電機(jī)的電流的大小，從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力矩控制；同時(shí)在IGBT元件V1、V2關(guān)斷時(shí)間，將有一部分制動(dòng)電能回饋至電網(wǎng)，當(dāng)電網(wǎng)不能吸收能量造成濾波電容C0、C1兩端電壓超過一定值時(shí)，IGBT元件V3導(dǎo)通，將多余能量通過吸收電阻RZ5消耗掉。
在圖2中，控制系統(tǒng)由司機(jī)控制器A1、監(jiān)控顯示屏A2、控制電源A3、程控單元A4構(gòu)成；控制電源A3為其他部分提供工作電源，控制系統(tǒng)司機(jī)控制器A1由司機(jī)操作，將工作指令和控制量給定值傳輸給程控單元A4，程控單元A4由一臺(tái)PLC和一臺(tái)基于80C196KC的16位單片微控器組成，其中PLC接收由司機(jī)控制器A1發(fā)來的工作指令，經(jīng)過邏輯運(yùn)算完成主回路接觸器的通斷后，發(fā)出牽引或制動(dòng)的工作指令給微控器；微控器接受指令后，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主電路傳感器傳來的信號(hào)和司機(jī)控制器A1傳來的控制量給定值的變化，根據(jù)一定的控制規(guī)律實(shí)時(shí)調(diào)整PWM脈沖PWM1、PWM2、PWM3，相應(yīng)控制功率元件V1、V2、V3的開通和關(guān)斷，從而對(duì)電路被控量進(jìn)行閉環(huán)控制。監(jiān)控顯示屏A2實(shí)時(shí)顯示電路所有接觸器的閉合情況和機(jī)車運(yùn)行參數(shù)，并對(duì)電路故障進(jìn)行報(bào)警。
權(quán)利要求1.工礦電機(jī)車斬波調(diào)速電氣裝置，包括有直流牽引電機(jī)M1、M2、斷路器QF等，其特征是由三套IGBT斬波調(diào)速單元和IGBT斬波調(diào)壓調(diào)速單元控制組成，每個(gè)IGBT斬波調(diào)速單元控制二臺(tái)直流牽引電機(jī)，牽引工況電路和制動(dòng)工況電路組成斬波調(diào)速單元.
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工礦電機(jī)車斬波調(diào)速電氣裝置，其特征是150t工礦電機(jī)車由三套1500V級(jí)IGBT斬波調(diào)速單元控組成，每個(gè)1500V級(jí)IGBT斬波調(diào)速單元控制二臺(tái)直流牽引電機(jī)M1、M2.
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工礦電機(jī)車斬波調(diào)速電氣裝置，其特征是牽引工況電路是接觸器KM3-1、KM3-2、牽引電機(jī)M1、電流傳感器SC1、IGBT組件V1、串聯(lián)連接成牽引支路一；接觸器KM5-1、KM5-2、牽引電機(jī)M2、電流傳感器SC2、IGBT組件V2、串聯(lián)連接成牽引支路二；牽引支路一與牽引支路二以及濾波電容C0、C1并聯(lián)后再與接觸器KM2、KM1、預(yù)充電阻RE、濾波電感L1、斷路器QF串聯(lián)連接至電源正極，IGBT組件V1和IGBT組件V2的E端以及濾波電容C0、C1的負(fù)極接電源負(fù)極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工礦電機(jī)車斬波調(diào)速電氣裝置，其特征是制動(dòng)工況電路是接觸器KM1、閉合，KM3-1、KM3-2斷開，KM4-1、KM4-2、電機(jī)M1電樞、電機(jī)M2勵(lì)磁線圈、IGBT組件V2、二極管V4、制動(dòng)電阻RZ2、熔斷器FU2串聯(lián)連接成制動(dòng)回路一；KM5-1、KM5-2斷開，KM6-1、KM6-2、電機(jī)M2電樞、電機(jī)M1勵(lì)磁線圈、IGBT組件V1、二極管V3、制動(dòng)電阻RZ1、熔斷器FU1串聯(lián)連接成制動(dòng)回路二；IGBT組件V1、IGBT組件V2的續(xù)流二極管陰極以及濾波電容C0、C1的正極連成一點(diǎn)后連接至接觸器KM2的輸出點(diǎn)，接觸器KM1、濾波電感L1、斷路器QF串聯(lián)后連接至電源正極，IGBT組件V1和IGBT組件V2的E端以及濾波電容C0、C1的負(fù)極接電源負(fù)極；吸收電阻RZ3與電流傳感器SC3、IGBT組件V3串聯(lián)后跨接于接觸器KM2的輸出點(diǎn)與電源負(fù)極之間.
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工礦電機(jī)車斬波調(diào)速電氣裝置，其特征是IGBT斬波調(diào)壓調(diào)速單元控制由司機(jī)控制器A1、監(jiān)控顯示屏A2、控制電源A3、程控單元A4構(gòu)成.
6.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求5所述的工礦電機(jī)車斬波調(diào)速電氣裝置，其特征是程控單元A4由一臺(tái)PLC和一臺(tái)基于80C196KC的16位單片微控器組成.
專利摘要工礦電機(jī)車斬波調(diào)速電氣裝置涉及大型工礦電力機(jī)車的起動(dòng)、調(diào)速、運(yùn)行、電制動(dòng)控制，適用于150t工礦電機(jī)車1500V級(jí)IGBT斬波調(diào)速電氣系統(tǒng)。由三套IGBT斬波調(diào)速單元和IGBT斬波調(diào)壓調(diào)速單元控制組成，每個(gè)IGBT斬波調(diào)速單元控制二臺(tái)直流牽引電機(jī)，牽引工況電路和制動(dòng)工況電路組成斬波調(diào)速單元。IGBT斬波調(diào)壓調(diào)速單元控制由司機(jī)控制器A1、監(jiān)控顯示屏A2、控制電源A3、程控單元A4構(gòu)成。本實(shí)用新型簡(jiǎn)化了裝置的結(jié)構(gòu)和體積縮小，運(yùn)營(yíng)可靠性提高，用戶維護(hù)方便。由于采用自關(guān)斷IGBT器件，斬波器工作頻率提高，電機(jī)電流脈動(dòng)率很小，改進(jìn)了牽引電機(jī)的換向性能，省去了笨重的平波電抗器，進(jìn)線濾波電抗器也減小，節(jié)約電能減輕系統(tǒng)的重量和體積。
文檔編號(hào)H02P7/298GK2901695SQ20052005289
公開日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2005年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月27日
發(fā)明者劉柏, 劉啟先, 林鎮(zhèn)鑒 申請(qǐng)人:湘潭電機(jī)股份有限公司