基於igbt功率器件和超級電容技術的停電保磁設備的製作方法

2023-11-11 12:03:57 1

專利名稱：基於igbt功率器件和超級電容技術的停電保磁設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及起重電磁鐵的控制設備，特別指一種基於IGBT功率器件和超級 電容技術的停電保磁設備。
背景技術：
目前，起重電磁鐵配套的停電保磁產品主要有三種類型有觸點停電保磁電控設 備、無觸點停電保磁電控設備、無觸點有源逆變停電保磁電控設備。有觸點停電保磁電控設備電路一般包括整流變壓器、二極體整流模塊、接觸器等。 三相交流經變壓器降壓並經二極體整流模塊整流獲得直流220V，吸放料操作通過直流接觸 器切換給起重電磁鐵加入正向勵磁電流和反向消磁電流，通過板式電阻釋放電磁鐵儲能。 此類型產品的主要缺點是消磁時間長，接觸器切換過程中產生電火花、噪音大，觸頭磨損和 熔焊、易粘連造成短路故障，接觸器使用壽命短，安全性能低，維護費用高，耗能大效率低、 電控櫃體積不能小型化。無觸點停電保磁電控設備引進智能晶閘管整流模塊和PLC控制技術，摒棄主迴路 中的直流接觸器，採用兩組反並聯晶閘管全控橋方式實現取放料操作的勵磁和消磁，但停 電時備用電池的投入仍使用接觸器。對電磁鐵儲能仍使用板式電阻進行釋放，可靠性與安 全性有了一定的提升，但還沒有解決節能降耗的問題。無觸點有源逆變停電保磁電控設備是目前較先進的產品，它使用相控有源逆變技 術，放料時先使勵磁迴路進入有源逆變狀態，將起重電磁鐵剩磁能回饋電網，然後再觸發消 磁迴路工作。由於晶閘管是半可控元件，為了防止有源逆變器的顛覆，必須留有充分的換流 角裕度，電壓波形畸變率大並引起系統功率因數下降，工作可靠性低，實際電路中為了保護 整流模塊，主迴路中仍需串入限流電阻，即使如此，仍偶有智能模塊損壞的情況發生。目前超級電容的應用在世界範圍內仍處於起步階段，國內超級電容應用於電動汽 車或作手持設備的供電電源等方面已有應用實例，申請號為200810053540 3540的專利研 究了超級電容在輪胎臂架式起重機上的應用，在起重電磁鐵控制設備上的應用還沒有先 例。目前國外較先進的停電保磁產品已使用IGBT功率器件，國內也有將IGBT應用於 電控的嘗試，如申請號為200420031708的專利描述了一種無觸點電控櫃，它只是把IGBT作 為一個通斷開關，並不能完成勵磁和消磁操作；申請號為200 810228218的專利描述了一 種利用蓄電池供電的電磁鐵掉電保磁系統，利用IGBT作吸磁和放磁操作，但應用IGBT功率 器件於起重電磁鐵配套的停電保磁產品未見投入市場。
發明內容本實用新型的目的是針對背景技術中存在的缺點和問題加以改進和創新，基於 IGBT功率器件和超級電容技術，提供一種操作直觀、維護方便、櫃體小型化、並從根本上解 決其節能降耗問題的的停電保磁設備。[0009]本實用新型由三相整流迴路、DC/DC降壓迴路、超級電容器組、IGBT橋式勵磁/消 磁迴路和DSP中央控制系統等組成，其中三相整流迴路輸出的直流電壓，連接DC/DC降壓 迴路變換成電磁鐵的勵磁/消磁工作電壓，並接在DC/DC降壓迴路輸出端的超級電容器組 對DC/DC降壓迴路的輸出進行能量緩衝，為電磁鐵的勵磁和消磁操作迴路提供電源。本實用新型的優點及有益效果本實用新型中使用的IGBT功率器件是電力電子技術第三次革命最具代表性的產 品，作為新一代新型電力電子半導體器件，其集高頻率、高電壓、大電流、低壓降等優點於一 身，能大大提高設備的運行效率，減小設備的體積。超級電容器是近年來新能源器件的一個 研究熱點，它與常規電容器不同，其容量可達到法拉級甚至數萬法拉。作為一種理想的新型 能源器件，具有內阻小，充放電電流大，充放電效率高、循環壽命長、無汙染等獨特的優點。 它的比功率和比能量介於常規電容器和充電電池之間，由於充放電快速，因此在需要短時 提供大功率緩衝、混合動力等系統中有著越來越多的應用，在眾多的應用領域裡彌補了常 規儲能器件的缺陷，這些特性也使它成為電磁鐵停電保磁電控設備的電磁鐵儲能回饋和 停電後備電源的最佳選擇。

圖1是本實用新型的方框圖。圖2是本實用新型電原理圖。
具體實施方式
由圖1、2可知，本實用新型由三相整流迴路1、DC/DC降壓迴路2、超級電容器組3、 IGBT橋式勵磁/消磁迴路和DSP中央控制系統4等組成，其中三相整流迴路1輸出的直 流電壓，連接DC/DC降壓迴路2變換成電磁鐵的勵磁/消磁工作電壓，並接在DC/DC降壓回 路2輸出端的超級電容器組3對DC/DC降壓迴路2的輸出進行能量緩衝，為電磁鐵的勵磁 和消磁操作迴路提供電源。本實用新型所述的電磁鐵的勵磁/消磁迴路由四個IGBT模塊6、7、8、9以半橋的 方式組成，起重電磁鐵5跨接在兩個橋臂上，兩個橋臂上下的兩個IGBT輪流導通，超級電容 器組3給電磁鐵線圈加入不同方向的電流，以無觸點的方式連接電磁鐵進行勵磁與消磁操 作。所述的超級電容器組3直接並接在DC/DC降壓迴路2的輸出端，或者通過另外的DC/DC 升降壓迴路連接電磁鐵勵磁/消磁迴路，作為電能緩衝，或者為設備提供後備工作電源。當 進行電磁鐵勵磁與消磁操作切換時，所述的勵磁/消磁迴路關斷相應導通的IGBT模塊，電 磁鐵中的儲能通過對方的IGBT模塊的反向恢復二級管回饋至超級電容器組3中，完成電磁 鐵儲能的回收。本實用新型的原理和工作流程三相整流迴路1輸出的約514V直流電壓，經DC/DC降壓迴路2斬波變換成電磁鐵 的勵磁/消磁工作電壓100-220V，並接在DC/DC降壓迴路2的超級電容器組3對DC/DC降 壓迴路2的輸出進行能量緩衝，為電磁鐵的勵磁和消磁操作迴路提供電源。上述DC/DC降壓迴路2為BUCK型斬波變換器，由IGBT模塊、平波電感L、平波電容 C等構成，IGBT控制方式採用PWM調製方式。
4[0019]上述起重電磁鐵的勵磁/消磁迴路由IGBT模塊6、7、8、9構成，4個IGBT模塊以半 橋的方式進行連接，電磁鐵5接在兩個橋臂上，當IGBT模塊6、9導通時，超級電容組給電磁 鐵線圈加入正向工作電流，實現電磁鐵的勵磁操作，當IGBT模塊8、7導通時，超級電容組給 電磁鐵線圈加入反向工作電流，實現電磁鐵的消磁操作。由於電磁鐵是一種大的感性設備，在起重電磁鐵的勵磁/消磁過程中，電磁鐵線 圈中有很大的儲能，怎樣釋放或利用這些儲能一直是個技術難題，本實用新型巧妙地解決 了這個問題，在勵磁完成時，直接關斷IGBT模塊6、9，電磁鐵線圈中儲能通過IGBT模塊8、 7的反向恢復二極體回饋到超級電容器中，反之當消磁操作完成後直接關斷IGBT模塊8、7， 電磁鐵線圈中儲能通過IGBT模塊6、9的反向恢復二極體回饋到超級電容器中，這和傳統的 用能耗板式電阻相比，大大提高了設備的運行效率。上述DC/DC降壓迴路2的IGBT模塊，加上4個用於勵磁/消磁的IGBT模塊，這些 IGBT模塊的通/斷控制由DSP中央控制系統4完成，為了確保控制的準確可靠，DSP中央控 制系統4還實時地採集主迴路母線和電磁鐵母線上的電壓、電流和IGBT模塊的溫度等，並 將這些信息送到顯示面板或以無線的方式送到手持式操作盒。本實用新型所述的實施例僅僅是對本實用新型的優選實施方式進行的描述，並非 對本實用新型構思和範圍進行限定，在不脫離本實用新型設計思想的前提下，本領域中工 程技術人員對本實用新型的技術方案作出的各種變型和改進，均應落入本實用新型的保護 範圍，本實用新型請求保護的技術內容，已經全部記載在權利要求書中。
權利要求1.一種基於IGBT功率器件和超級電容技術的停電保磁設備，它由三相整流迴路(1)、 DC/DC降壓迴路(2)、超級電容器組(3)、IGBT橋式勵磁/消磁迴路和DSP中央控制系統(4) 等組成，其特徵在於三相整流迴路(1)輸出的直流電壓，連接DC/DC降壓迴路(2)變換成電 磁鐵的勵磁/消磁工作電壓，並接在DC/DC降壓迴路(2)輸出端的超級電容器組(3)對DC/ DC降壓迴路(2)的輸出進行能量緩衝，為電磁鐵的勵磁和消磁操作迴路提供電源。
2.根據權利要求1所述的基於IGBT功率器件和超級電容技術的停電保磁設備，其特徵 在於所述的電磁鐵的勵磁/消磁迴路由四個IGBT模塊(6、7、8、9)以半橋的方式組成，起重 電磁鐵(5 )跨接在兩個橋臂上，兩個橋臂上下的兩個IGBT輪流導通，超級電容器組(3 )給電 磁鐵線圈加入不同方向的電流，以無觸點的方式連接電磁鐵進行勵磁與消磁操作。
3.根據權利要求1或2所述的基於IGBT功率器件和超級電容技術的停電保磁設備，其 特徵在於所述的超級電容器組(3)直接並接在DC/DC降壓迴路(2)的輸出端，或者通過另外 的DC/DC升降壓迴路連接電磁鐵勵磁/消磁迴路，作為電能緩衝，或者為設備提供後備工作 電源。
4.根據權利要求1所述的基於IGBT功率器件和超級電容技術的停電保磁設備，其特徵 在於所述的DC/DC降壓迴路(2)為BUCK型斬波變換器，由IGBT模塊、平波電感L、平波電容 C等構成，IGBT控制方式採用PWM調製方式。
專利摘要本實用新型涉及起重電磁鐵的控制設備，特別指一種基於IGBT功率器件和超級電容技術的停電保磁設備。本實用新型由三相整流迴路、DC/DC降壓迴路、超級電容器組、IGBT橋式勵磁/消磁迴路和DSP中央控制系統等組成，其中三相整流迴路輸出的直流電壓，連接DC/DC降壓迴路變換成電磁鐵的勵磁/消磁工作電壓，並接在DC/DC降壓迴路輸出端的超級電容器組對DC/DC降壓迴路的輸出進行能量緩衝，為電磁鐵的勵磁和消磁操作迴路提供電源。本實用新型具有高頻率、高電壓、大電流、低壓降等優點，能大大提高設備的運行效率，減小設備的體積。
文檔編號B66C15/00GK201873431SQ20102029431
公開日2011年6月22日 申請日期2010年8月17日 優先權日2010年8月17日
發明者盧曉雄, 彭素平, 李鋒, 楊立軍, 熊曉紅, 譚正龍, 黃清華 申請人:嶽陽特瑞機電設備廠