專利名稱：工礦電機車斬波調速電氣裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及大型工礦電力機車的起動、調速、運行、電制動控制，特別適用于150t工礦電機車1500V級IGBT斬波調速電氣系統。
背景技術：
目前，大型工礦電力機車中，150t為國內應用最多的車型，該車電氣牽引系統采用觸點分級切斷電阻實現有級調速控制，電阻的切換、牽引/制動轉換、牽引電機串并聯轉換均由電空接觸器實現，整車牽引電機數量為6臺，牽引級數為41級，電制動為24級，所用電空接觸器總數為54個；另外控制及保護電路均采用繼電器及輔助觸頭聯鎖，以實現主接觸器閉合順序調速及主電路過電壓、過電流保護，使得整個電氣系統體積龐大，線路復雜，可靠性低。
實用新型內容為了克服現有大型工礦電力機車的電氣系統體積龐大，線路復雜，可靠性低的問題。適應產品持續發展，提高工礦電機車電氣牽引系統的技術水平及產品的更新換代，在電機車電阻調速控制裝置中使主電路簡單、采用小型、輕量、高效率、高可靠性的IGBT直流斬波器來替代。
本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是由三套IGBT斬波調速單元和IGBT斬波調壓調速控制單元組成，每個IGBT斬波調速單元控制二臺直流牽引電機，牽引工況電路和制動工況電路組成斬波調速單元.IGBT斬波調壓調速控制單元由司機控制器A1、監控顯示屏A2、控制電源A3、程控單元A4構成.用IGBT直流斬波器調速方式代替原來的電阻調速方式，取消原高壓室電阻切換及電機串并聯電空接觸器、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，取消起動電阻，取消起動電阻切換接觸器，取消電機串/并聯轉換接觸器；增加三套模塊化IGBT直流斬波器裝置、主電路的預充電路及濾波、吸收環節；取消原駕駛臺老式司控器，增加小型輕便司控器、操作開關、指示儀表及彩色液晶顯示器；新增部件全部采用模塊化結構，便于維護，改造后電纜數量大為減少，相關的電纜重新布置。
本實用新型的有益效果是，簡化了裝置的結構和體積縮小，運營可靠性提高，用戶維護方便。由于采用自關斷IGBT器件，斬波器工作頻率提高，電機電流脈動率很小，改進了牽引電機的換向性能，省去了笨重的平波電抗器，進線濾波電抗器也減小，減輕系統的重量和體積。至今礦山仍有大量電阻調速工礦電機車在運行，對老車進行電氣牽引系統更新，可使現有的工礦電機車技術提高一個檔次，使更新后的產品獲得新的電氣牽引性能，將給礦山電機車運輸帶來技術上的飛躍，滿足運輸要求，增加經濟效益。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1工礦電機車斬波調速電氣裝置單元主電路原理圖圖2工礦電機車斬波調速電氣裝置單元控制原理框圖圖中QF.直流斷路器，L1.進線濾波電感，C0、C1.濾波電容，KM1.線路接觸器，KM2.預充接觸器，KM3、KM5.牽引接觸器，KM4、KM6.制動接觸器，Q1.反向器，RE.預充電阻，RZ1、RZ2、.制動電阻，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元件驅動器，M1、M2.直流牽引電機，FU1、FU2.熔斷器，A1.司機控制器，A2.監控顯示屏，A3.控制電源，A4.程控單元.
具體實施方式
在圖1中，在150t工礦電機車電氣牽引系統由三套1500V級IGBT斬波調速單元構成，其中第一單元原理圖如圖1，下面在此基礎上簡要闡述主電路工作原理，其它兩個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M1、電流傳感器SC1、IGBT組件V1、串聯連接成牽引支路一；接觸器KM5-1、KM5-2、牽引電機M2、電流傳感器SC2、IGBT組件V2、串聯連接成牽引支路二；牽引支路一與牽引支路二以及濾波電容C0、C1并聯后再與接觸器KM2、KM1、濾波電感L1、斷路器QF串聯連接至電源正極，IGBT組件V1和IGBT組件V2的E端以及濾波電容C0、C1的負極接電源負極。
接觸器KM1、KM3、KM5閉合，DC1500V電源經斷路器QF、濾波電感L1、然后分別經KM3、KM5，反向器Q1、牽引電機M1、M2，IGBT元件V1、V2至電源負極形成牽引回路，實時控制V1、V2的導通時間便可實時控制主電路中通過電機的電流或電機兩端的平均電壓，從而實現調速控制。
制動工況電路接觸器KM1、閉合，KM3-1、KM3-2斷開，KM4-1、KM4-2、電機M1電樞、電機M2勵磁線圈、IGBT組件V2、二極管V4、制動電阻RZ2、熔斷器FU2串聯連接成制動回路一；KM5-1、KM5-2斷開，KM6-1、KM6-2、電機M2電樞、電機M1勵磁線圈、IGBT組件V1、二極管V3、制動電阻RZ1、熔斷器FU1串聯連接成制動回路二；IGBT組件V1、IGBT組件V2的續流二極管陰極以及濾波電容C0、C1的正極連成一點后連接至接觸器KM2的輸出點，接觸器KM1、濾波電感L1、斷路器QF串聯后連接至電源正極，IGBT組件V1和IGBT組件V2的E端以及濾波電容C0、C1的負極接電源負極；吸收電阻RZ3與電流傳感器SC3、IGBT組件V3串聯后跨接于接觸器KM2的輸出點與電源負極之間；所有這些連接構成交叉勵磁再生回饋電阻能耗混合電制動回路。
接觸器KM1閉合，KM3、KM5斷開，KM4、KM6閉合，此時兩牽引電機都變成直流發電機，電機M1的電流經KM4、電機M2勵磁線圈，制動電阻RZ2、RZ4、熔斷器FU2回至電機M1的另一端，形成電機M1制動電流回路，V2、V4與電阻RZ2并聯；電機M2的電流經KM6、電機M1勵磁線圈，制動電阻RZ1、RZ1、熔斷器FU1回至電機M2的另一端，形成電機M2制動電流回路，V1、V3與電阻RZ1并聯；實時控制V1、V2的導通時間便可實時控制主電路中通過電機的電流的大小，從而實現制動力矩控制；同時在IGBT元件V1、V2關斷時間，將有一部分制動電能回饋至電網，當電網不能吸收能量造成濾波電容C0、C1兩端電壓超過一定值時，IGBT元件V3導通，將多余能量通過吸收電阻RZ5消耗掉。
在圖2中，控制系統由司機控制器A1、監控顯示屏A2、控制電源A3、程控單元A4構成；控制電源A3為其他部分提供工作電源，控制系統司機控制器A1由司機操作，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PLC和一臺基于80C196KC的16位單片微控器組成，其中PLC接收由司機控制器A1發來的工作指令，經過邏輯運算完成主回路接觸器的通斷后，發出牽引或制動的工作指令給微控器；微控器接受指令后，實時監測主電路傳感器傳來的信號和司機控制器A1傳來的控制量給定值的變化，根據一定的控制規律實時調整PWM脈沖PWM1、PWM2、PWM3，相應控制功率元件V1、V2、V3的開通和關斷，從而對電路被控量進行閉環控制。監控顯示屏A2實時顯示電路所有接觸器的閉合情況和機車運行參數，并對電路故障進行報警。
權利要求1.工礦電機車斬波調速電氣裝置，包括有直流牽引電機M1、M2、斷路器QF等，其特征是由三套IGBT斬波調速單元和IGBT斬波調壓調速單元控制組成，每個IGBT斬波調速單元控制二臺直流牽引電機，牽引工況電路和制動工況電路組成斬波調速單元.
2.根據權利要求1所述的工礦電機車斬波調速電氣裝置，其特征是150t工礦電機車由三套1500V級IGBT斬波調速單元控組成，每個1500V級IGBT斬波調速單元控制二臺直流牽引電機M1、M2.
3.根據權利要求1所述的工礦電機車斬波調速電氣裝置，其特征是牽引工況電路是接觸器KM3-1、KM3-2、牽引電機M1、電流傳感器SC1、IGBT組件V1、串聯連接成牽引支路一；接觸器KM5-1、KM5-2、牽引電機M2、電流傳感器SC2、IGBT組件V2、串聯連接成牽引支路二；牽引支路一與牽引支路二以及濾波電容C0、C1并聯后再與接觸器KM2、KM1、預充電阻RE、濾波電感L1、斷路器QF串聯連接至電源正極，IGBT組件V1和IGBT組件V2的E端以及濾波電容C0、C1的負極接電源負極。
4.根據權利要求1所述的工礦電機車斬波調速電氣裝置，其特征是制動工況電路是接觸器KM1、閉合，KM3-1、KM3-2斷開，KM4-1、KM4-2、電機M1電樞、電機M2勵磁線圈、IGBT組件V2、二極管V4、制動電阻RZ2、熔斷器FU2串聯連接成制動回路一；KM5-1、KM5-2斷開，KM6-1、KM6-2、電機M2電樞、電機M1勵磁線圈、IGBT組件V1、二極管V3、制動電阻RZ1、熔斷器FU1串聯連接成制動回路二；IGBT組件V1、IGBT組件V2的續流二極管陰極以及濾波電容C0、C1的正極連成一點后連接至接觸器KM2的輸出點，接觸器KM1、濾波電感L1、斷路器QF串聯后連接至電源正極，IGBT組件V1和IGBT組件V2的E端以及濾波電容C0、C1的負極接電源負極；吸收電阻RZ3與電流傳感器SC3、IGBT組件V3串聯后跨接于接觸器KM2的輸出點與電源負極之間.
5.根據權利要求1所述的工礦電機車斬波調速電氣裝置，其特征是IGBT斬波調壓調速單元控制由司機控制器A1、監控顯示屏A2、控制電源A3、程控單元A4構成.
6.根據權利要求1或權利要求5所述的工礦電機車斬波調速電氣裝置，其特征是程控單元A4由一臺PLC和一臺基于80C196KC的16位單片微控器組成.
專利摘要工礦電機車斬波調速電氣裝置涉及大型工礦電力機車的起動、調速、運行、電制動控制，適用于150t工礦電機車1500V級IGBT斬波調速電氣系統。由三套IGBT斬波調速單元和IGBT斬波調壓調速單元控制組成，每個IGBT斬波調速單元控制二臺直流牽引電機，牽引工況電路和制動工況電路組成斬波調速單元。IGBT斬波調壓調速單元控制由司機控制器A1、監控顯示屏A2、控制電源A3、程控單元A4構成。本實用新型簡化了裝置的結構和體積縮小，運營可靠性提高，用戶維護方便。由于采用自關斷IGBT器件，斬波器工作頻率提高，電機電流脈動率很小，改進了牽引電機的換向性能，省去了笨重的平波電抗器，進線濾波電抗器也減小，節約電能減輕系統的重量和體積。
文檔編號H02P7/298GK2901695SQ20052005289
公開日2007年5月16日 申請日期2005年12月27日 優先權日2005年12月27日
發明者劉柏, 劉啟先, 林鎮鑒 申請人:湘潭電機股份有限公司