專利名稱：隔爆型蓄電池工礦電機車斬波司控器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及隔爆型蓄電池工礦電機車司控器，尤其用于在爆炸性氣體環境中工作的電機車啟動、調速。
背景技術：
隔爆型蓄電池工礦電機車IGBT斬波司控器，適用于在爆炸性氣體環境中工作的蓄電池工礦電機車，用于電機車的啟動、調速。
目前，國內隔爆型蓄電池工礦電機車啟動、調速控制器主要有兩種1)串電阻啟動、調速控制器。主電路原理示意圖見圖一。這種控制器的控制方式是通過按一定規律人為切換開關觸頭來減少回路串入的電阻值以控制回路電流值和電機端電壓而實現電機車的啟動、調速。這種控制器有幾大弊病a).電能效率低，在啟動、調速過程中有20～40％的電功率消耗在電阻上轉化成熱能，而電阻裝在防爆箱內，不便散熱，造成電阻溫升過高。
b).啟動沖擊大，此方法只能實現電阻值有級改變，造成電流沖擊，進而造成牽引力波動引起機械沖擊。
c).開關觸頭易燒損，維護工作量大。啟動、調速過程中，開關觸頭帶荷分斷，觸頭易燒損，需經常更換。
2)用SCR斬波器主電路原理示意圖見圖二。這種控制器的控制方式是通過以一定方式(定頻調寬PWM或定寬調頻PFM)開斷SCR斬波器，斬波器輸出頻率或寬度可變的等幅電壓方波，使電機獲得符合控制要求的平均電壓和平均電流來實現電機車的啟動、調速。
這種控制器不再需要啟動電阻，可以實現平滑啟動，較串電阻控制器提高了啟動、調速的電效率，減小了沖擊，在技術上是很大的進步，但仍然存在不足a)所用功率半導體器件SCR為半控型器件，工作期間須要輔助SCR、電感、電容組成的換流裝置，電感、電容的參數變化影響斬波器的工作可靠性。
b)所用功率半導體器件散熱器帶電，只能裝在防爆殼內且與防爆殼隔離，所以造成控制器內組件的工作損耗轉換成的熱量較難散失到空氣中，致使控制器防爆殼內溫升很高，影響控制器防爆殼內電子器件正常工作。
c)SCR驅動控制板多為分立元件組成的模擬控制板，對元件參數的變化很敏感，一般來說工作可靠性不高。
d)給定為調磁方式，線性度較差。
e)受器件工作頻率限制，斬波頻率普遍不高，一般為50～250Hz，電流紋波較大，需要配平波電抗。
發明內容
針對以上不足，我們開發出數字控制IGBT斬波啟動、調速控制器，控制器主電路原理示意圖見圖三。工作原理與SCR斬波器類似。這種控制器主要有以下特點本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是由濾波電容、直流牽引電機、霍爾電流傳感器、絕緣柵型門極驅動雙極晶體管(IGBT)串接，然后在直流牽引電機、霍爾傳感器兩端并接續流二極管構成主電路；由PWM數字控制器、輸入傳感器、以及霍爾電流傳感器次邊組成控制電路。通過編程，此IGBT斬波啟動、調速器可實現輸入電壓過壓保護、負載過流保護等功能。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1是串電阻啟動、調速器電路原理示意圖圖2是SCR斬波啟動、調速器電路原理示意圖。
圖3IGBT斬波啟動、調速器電路原理示意圖。
圖中1.濾波電容，2.續流二極管，3.直流牽引電機，4.霍爾電流傳感器，5.絕緣柵型門極驅動雙極晶體管(IGBT)，6.PWM數字控制器，7.輸入傳感器，8.指令開關。
具體實施方式
如圖三，由濾波電容(1)、直流牽引電機(3)、霍爾電流傳感器(4)、絕緣柵型門極驅動雙極晶體管(IGBT)(5)串接，然后在直流牽引電機(3)、霍爾傳感器(4)兩端并接續流二極管(2)構成主電路；由PWM數字控制器(6)、輸入傳感器(7)、指令開關(8)以及霍爾電流傳感器(4)次邊組成控制電路。工作時，指令開關(8)閉合，PWM數字控制器(6)得到啟動指令后通過霍爾電流傳感器(4)檢測出主電路電流值和輸入傳感器(7)輸出值，根據二者差值，計算出PWM脈沖寬度值，經PWM數字控制器內部驅動器實時控制絕緣柵型門極驅動雙極晶體管(IGBT)(5)的開通和關斷，從而實時調節通過直流牽引電機(3)的電流值。續流二極管(2)作為絕緣柵型門極驅動雙極晶體管(IGBT)(5)關斷時負載續流之用。通過編程，此IGBT斬波啟動、調速器可實現輸入電壓過壓保護、負載過流保護等功能。
這種控制器主要有以下特點a所用功率半導體器件IGBT為全控型器件，無需附加的換流裝置，簡化了主電路。
b所用半導體器件采用模塊化封裝，元件散熱底板與元件導電部分絕緣，功率半導體器件可以直接貼裝在防爆殼內壁，功率器件的熱量可以通過防爆殼體散失，所以控制器散熱良好，大大降低了防爆殼內溫升。
c)控制部分用INTEL 16位單片機實現數字化控制，脈沖調制方式采用PWM方式，針對牽引機車的特性，采用電流負反饋閉環控制，電流反饋信號取自性能良好的霍爾傳感器。控制實時性好，控制精度高，工作穩定性得以明顯提高。
d)給定信號采用線性位移傳感器輸入，線性度好。
e)斬波頻率為SCR斬波器的幾倍甚至幾十倍，(考慮到元件的開關損耗與頻率成正比，為了使開關損耗不致影響元件安全，我們選取為2kHz左右)，電流連續性好，紋波小，無需平波電抗。
f)由軟件控制可以實現軟起動，可以實現平滑調速，機車啟動、調速過程中消除了沖擊，車輛的運行平穩性，乘坐的舒適性得以大大提高。
g)實現了電接觸頭正常工作的無載分合，觸頭不易燒損，觸頭電壽命大大延長，幾乎接近觸頭的機械壽命。這樣減少了機車的維護工作量。
權利要求1.一種隔爆型蓄電池工礦電機車斬波司控器，它包括濾波電容(1)、直流牽引電機(3)、霍爾電流傳感器(4)等，其特征是由濾波電容(1)、直流牽引電機(3)、霍爾電流傳感器(4)、絕緣柵型門極驅動雙極晶體管(IGBT)(5)串接，然后在直流牽引電機(3)、霍爾傳感器(4)兩端并接續流二極管(2)構成主電路；由PWM數字控制器(6)、輸入傳感器(7)、指令開關(8)以及霍爾電流傳感器(4)次邊組成控制電路。
2.根據權利要求1所述的隔爆型蓄電池工礦電機車斬波司控器，其特征是續流二極管(2)作為絕緣柵型門極驅動雙極晶體管(IGBT)(5)關斷時負載續流之用。
專利摘要一種隔爆型蓄電池工礦電機車斬波司控器，涉及隔爆型蓄電池工礦電機車司控器，尤其用于在爆炸性氣體環境中工作的電機車啟動、調速。它包括濾波電容(1)、直流牽引電機(3)、霍爾電流傳感器(4)等，其特征是由濾波電容(1)、直流牽引電機(3)、霍爾電流傳感器(4)、絕緣柵型門極驅動雙極晶體管(IGBT)(5)串接，然后在直流牽引電機(3)、霍爾傳感器(4)兩端并接續流二極管(2)構成主電路；由PWM數字控制器(6)、輸入傳感器(7)、指令開關(8)以及霍爾電流傳感器(4)次邊組成控制電路。此IGBT斬波啟動、調速器可實現輸入電壓過壓保護、負載過流保護等功能。
文檔編號H02P7/298GK2879530SQ20052005289
公開日2007年3月14日 申請日期2005年12月27日 優先權日2005年12月27日
發明者劉啟先, 劉柏, 徐球君 申請人:湘潭電機股份有限公司