Igbt直流斬波調速電機車控制器的製作方法

2023-06-15 09:13:11

專利名稱：Igbt直流斬波調速電機車控制器的製作方法
技術領域：
IGBT直流斬波調速電機車控制器是工礦企業用直流電機車牽弓丨控制裝置，屬於電氣牽引領域。
背景技術：
目前，直流電機車的調速控制裝置存在多種水平設備並存的狀況，既有傳統的電阻調速控制器和晶閘管調壓調速控制器，也有較新出現的完全可控半導體功率器件(IGBT或功率M0SFET)斬波調速控制器。由於工況用直流電機車的工作電流大，目前所用調速控制器存在兩大問題一是效率低，尤其是電阻調速控制器的效率極低，只有70%左右，純半導體功率器件斬波調速控制器的效率稍高一點，但一般也不超過90% ;二是工作可靠性差、 壽命短，電阻調速控制器中的直流接觸器因要切斷直流大電流，觸點極易因「電弧」而損壞，晶閘管調速控制器因晶閘管關斷電路複雜且不可靠，極易因「失控」而損壞部件，純半導體功率器件調速控制器因開關損耗較大、大電流導通損耗也較大，容易熱損壞，這些直流調速控制器的壽命一般不超過半年。目前的直流調速控制器因效率低而能耗大，因工作壽命短而影響工礦企業的生產能力和生產成本，市場上迫切需要一種效率高、工作壽命短的直流調速控制器產品。

實用新型內容本實用新型IGBT直流斬波調速電機車控制器的目的是提供工作效率高、壽命長、控制精度高的直流調速電機車控制裝置，充分利用直流接觸器導通損耗小、半導體功率器件無觸點切換和工作效率高的優點，做到直流斬波調速電機車控制器工作效率高、各組成部件及整機工作壽命長，速度控制精度高。本實用新型IGBT直流斬波調速電機車控制器解決其技術問題所採用的技術方案如下本實用新型IGBT直流斬波調速電機車控制器的目的是這樣實現的直流斬波器主電路由直流接觸器組、換向鼓觸頭組、半導體功率器件IGBT組混合組成，換向觸頭組實現電機的前進/後退換向功能，半導體功率器件IGBT組以高頻PWM斬波工作方式實現電機的高精度調速功能，直流接觸器組實現電機的停車和全速運行功能；直流接觸器組、換向鼓觸頭組、半導體功率器件IGBT組的通/斷由控制驅動器盒控制，直流接觸器組、換向鼓觸頭組在零電流時關斷，避免觸頭因「電弧」損壞，IGBT組只在電機非全速運轉時工作，避免IGBT因長時間工作發熱嚴重。
以下結合附圖詳細描述本實用新型IGBT直流站波調速電機車控制器的具體結構和工作原理。本實用新型IGBT直流斬波調速控制器由斬波器主機、控制驅動盒、給定器、輔助電源模塊以及電流採樣器構成。蓄電池或直流供電電源通過防反二極體D0、直流接觸器SKl和SK2、斬波器主機(I)給直流電動機供電，斬波器主機(I)給直流電動機的供電佔空比受控制驅動盒(2 )的控制，控制驅動盒(2 )根據光電給定器(3 )的速度給定信號以及溫度開關Kt的狀態和電流霍爾HA的電流測量值控制斬波器主機(I)中接觸器和IGBT的導通狀態及導通規律，控制驅動盒(2 )和光電給定器(3 )由輔助電源模塊(4 )提供工作電源。開車時，燈開關SW閉合，開車指示燈亮。電機加速/減速運行時，直流接觸器SKl閉合，直流接觸器SK2斷開；全速運行時，直流接觸器SKl和SK2均閉合。斬波器主機主要由換向鼓觸頭組skfl skf8、半導體功率器件IGBT組VTl VT2、續流二極體Dl D2、儲能電容Cl C2、濾波電容C3 C4，隔直二極體Dl D2以及電流霍爾SH組成。直流供電電源的正極接防反二極體DO的陽極，防反二極體DO的陰極接直流接觸器SKl的一個節點、續流二極體Dl和D2的 陰極、電解電容Cl和C2的正極、無感電容C3和C4的一個節點、以及溫度開關的一個節點，直流供電電源的負極接電解電容Cl和C2的負極、無感電容C3和C4的另一個節點、直流接觸器SK2的一個節點、以及IGBTVTl和VT2的發射極；直流接觸器SKl的另一個節點接常閉換向鼓觸頭skfl和skf5以及常開換向鼓觸頭skf2和skf6的一個節點2，常閉換向鼓觸頭skfl的另一個節點3接電機SI和常開換向鼓觸頭skf4，常開換向鼓觸頭skf2的另一個節點4接電機SI和常閉觸頭鼓skf3，常閉觸頭鼓skf3和常開觸頭鼓skf4的另一個節點5接電機SI的勵磁繞組，電機SI的勵磁繞組的另一個節點10接IGBT VTl和VT2和集電極、續流二極體Dl和D2的陽極、隔直二極體D3和D4的陰極、電機S2以及直流接觸器SK2的另一個節點，常閉換向鼓觸頭skf5的另一個節點7接電機S2的勵磁繞組和常開換向鼓觸頭skf8，常開換向鼓觸頭skf6的另一個節點8接電機S2的勵磁繞組和常閉觸頭鼓skf7，常閉觸頭鼓skf7和常開觸頭鼓skf8的另一個觸點9接電機S2，電機S2的另一個節點10接IGBT VTl和VT2的集電極；IGBT VTl和Gl、Cl、El接控制驅動盒的插座J6，IGBT VT2的G2、C2、E2接控制驅動盒的插座J5 ；電流霍爾SH測量流經電機SI和電機S2的電流，接入控制驅動盒的插座J3 ;輔助電源模塊輸入端的地線K接直流電源的負極，正輸入端經給定器中的開關SK3接溫度開關Kt ;輔助電源模塊將+15V、-15V及輔助電源地G接至控制驅動盒的插座Jl ;給定器中的電位器W接至控制驅動盒的插座J2 ;控制驅動盒的插座接輔助電源模塊的+15V、-15V及輔助電源地G，插座J2接給定器的給定電位器W，插座J3接電流霍爾SH，插座J5接IBGT VT2的驅動信號，插座J6接IBGT VTl的驅動信號。電機SI和電機S2正轉時，skfI、skf3、skf5、skf7 閉合，skf2、skf4、skf6、skf8 斷開；電機 SI 和電機 S2 反轉時，skf I、skf 3、skf 5、skf7斷開，skf2、skf4, skf6, skf8閉合；電機非全速運行時，IGBT VTl和VT2工作於高頻PWM狀態，VT1、VT2關斷時，電機電流經續流二極體Df D2將能量回饋至儲能電容C1 C2。開車時，閉合給定器內的開關SK3，若溫度開關Kt未過溫而閉合，輔助電源輸入迴路通，輔助電源模塊工作，控制驅動盒得點後按給定器的給定速度進入工作過程。控制驅動盒對IGBT的驅動由專用控制晶片完成，專用控制晶片根據速度給定值輸出相應佔空比的PWM脈衝，並經脈衝驅動電路進行功率放大後驅動VTfVT2的基極，完成電機的調速功能。在本實施例中，還設計了溫度控制電路和電流保護功能。即將溫度開關Kt串入輔助電源的輸入迴路，過溫時，溫度開關Kt斷開，輔助電源輸入迴路失電，調速控制器停止工作。電機電流由電流霍爾SH輸入控制驅動盒，如果電流超過電流設定閾值，PWM專用控制晶片關斷脈衝輸出，VTfVT2不再導通，直到電機電流回到安全閾值以內。本實用新型的有益效果[0012]工作效率高、工作壽命長、調速精度高，並具有較全的保護功能，解決工礦企業用直流電機車調速控制技術瓶頸，經濟效益和社會效益好。

圖I是IGBT直流斬波調速電機車控制器電氣原理圖具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型IGBT直流斬波調速控制器做進一步說明。本實用新型IGBT直流斬波調速控制器的節能原理如下電機全速動行時(電機獲得全壓)，由直流接觸器組SKf SK2和換向鼓觸頭組skff skf2給電機供電，導通損耗小；電機非全速運行時，由直流接觸器SKl、換向鼓觸頭組SKf SK2、半導體功率器件IBGTVTfVT2給電機供電，VTf VT2關斷時的電機電流通過續流二極體Df D2回饋到儲能電容Cf C2，能耗小。本實用新型IGBT直流斬波調速控制器的調速原理如下電機非全速運行時，由直流接觸器SK1、換向鼓觸頭組skff skf2、半導體功率器件IBGT VTrVT2給電機供電，VTrVT2工作在高頻PWM狀態，通過調節控制脈衝的佔空比控制電機的電壓供給，VTrVT2的工作頻率高，調節精細，因而速度控制精度高。本實用新型IGBT直流斬波調速控制器提高工作可靠性、延長工作壽命的原理如下電機全速運行時，由直流接觸器組SKf SK2和換向鼓觸頭組skf f skf2給電機供電，半導體功率器件IBGT VTf VT2 —直處於關斷狀態，以次延長半導體功率器件VTf VT2的工作壽命；電機由全速運行轉非全速速運行時，半導體功率器件VTf VT2先投入工作，後切斷直流接觸器SK2，以次延長直流接觸器SK2的工作壽命；電機非全速運行時，換向鼓觸頭組skfrskf2的換向操作在零電流時進行，以次延長換向鼓觸頭器組skff skf2的工作壽命；另外，系統配有過溫和過流保護，進一步提高系統的工作可靠性和工作壽命。直流斬波調速電機車控制裝置，它用直流接觸器組、換向鼓觸頭組以及半導體功率器件IGBT組構成組合主電路給直流電機供電，電機全速運行時由直流接觸器組和換向鼓觸頭組構成的主電路供電，電機非全速運行時由直流接觸器、換向鼓觸頭組以及半導體功器件IGBT組構成主電路供電，依靠IGBT的高頻PWM斬波工作模式完成電機的速度調節，且直流接觸器、換向鼓觸頭在零電流時關斷，系統具有過溫、過流保護功能。特點工作效率高、工作壽命長、速度調節精度高，保護功能較全。
權利要求1.IGBT直流斬波調速電機車控制器，其特徵在於蓄電池或直流供電電源通過防反二極體DO、直流接觸器SKl和SK2、斬波器主機(I)給直流電動機供電，斬波器主機(I)給直流電動機的供電佔空比受控制驅動盒(2)的控制，控制驅動盒(2)根據光電給定器(3)的速度給定信號以及溫度開關Kt的狀態和電流霍爾HA的電流測量值控制斬波器主機(I)中接觸器和IGBT的導通狀態及導通規律，控制驅動盒(2)和光電給定器(3)由輔助電源模塊(4)提供工作電源。
2.根據權利要求I所述的IGBT直流斬波調速電機車控制器，其特徵在於直流供電電源的正極接防反二極體DO的陽極，防反二極體DO的陰極接直流接觸器SKl的一個節點、續流二極體Dl和D2的陰極，電解電容Cl和C2的正極、無感電容C3和C4的一個節點、以及溫度開關的一個節點，直流供電電源的負極接電解電容Cl和C2的負極、無感電容C3和C4的另一個節點、直流接觸器SK2的一個節點、以及IGBT VTl和VT2的發射極；直流接觸器SKl的另一個節點接常閉換向鼓觸頭skfl和skf5以及常開換向鼓觸頭skf2和skf6的一個節點2，常閉換向鼓觸頭skfl的另一個節點3接電機SI和常開換向鼓觸頭skf4，常開換向鼓觸頭skf2的另一個節點4接電機SI和常閉觸頭鼓skf3，常閉觸頭鼓skf3和常開觸頭鼓skf4的另一個節點5接電機SI的勵磁繞組，電機SI的勵磁繞組的另一個節點10接IGBTVTl和VT2的集電極、續流二極體Dl和D2的陽極、隔直二級管D3和D4的陰極、電機S2以及直流接觸器SK2的另一個節點，常閉換向鼓觸頭skf5的另一個節點7接電機S2的勵磁繞組和常開換向鼓觸頭skf8，常開換向鼓觸頭skf6的另一個節點8接電機S2的勵磁繞組和常閉觸頭鼓skf7，常閉觸頭鼓skf7和常開觸頭鼓skf8的另一個觸點9接電機S2，電機S2的另一個節點10接IGBI VTl和VT2的集電極；IGBT VTl的G1、C1、E1接控制驅動盒的插座J6，IGBT VT2的G2、C2、E2接控制驅動盒的插座J5 ；電流霍爾SH測量流經電機SI和電機S2的電流，接入控制驅動盒的插座J3 ;輔助電源模塊輸入端的地線L接直流電源的負極，正輸入端經給定器中的開關SK3接溫度開關Kt ;輔助電源模塊將+15V、一 15V及輔助電源地G接至控制驅動盒的插座Jl ;給定器中的電位器W接至控制驅動盒的插座J2 ;控制驅動盒的插座接輔助電源模塊的+15V、-15V及輔助電源地G，插座J2接給定器的給定電位器W，插座J3接電流霍爾SH，插座J5接IGBT VT2的驅動信號，插座J6接IGBT VTl的驅動信號。
專利摘要直流斬波調速電機車控制裝置，它用直流接觸器組、換向鼓觸頭組以及半導體功率器件IGBT組構成組合主電路給直流電機供電，電機全速運行時由直流接觸器組和換向鼓觸頭組構成的主電路供電，電機非全速運行時由直流接觸器、換向鼓觸頭組以及半導體功率器件IGBT組構成主電路供電，依靠IGBT的高頻PWM斬波工作模式完成電機的速度調節，且直流接觸器、換向鼓觸頭在零電流時關斷，系統具有過溫、過流保護功能。特點工作效率高、工作壽命長、速度調節精度高，保護功能較全。
文檔編號H02P5/68GK202495900SQ201120570150
公開日2012年10月17日 申請日期2011年12月31日 優先權日2011年12月31日
發明者李家海 申請人:李家海