專利名稱：工礦用機車牽引變頻器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及機車變頻調速控制領域，特別是一種工礦用機車牽引變頻器。
背景技術：
目前，直流傳動仍是我國工礦用機車牽引采用主要方式之一。但這種控制方式一直存在以下弊端1、維護成本高，直流電機上因為有易磨損的換向銅頭、碳刷等，故障率高、維修費用高，其調速器由于是凸輪控制觸頭的通與斷，在斷開時產生的電弧，經常燒蝕觸頭，維修
工作量大。2、能耗大，直流電機啟動、調速、制動采用電阻直接控制，能耗大。同時由于電阻發熱導致電阻瓷架和電阻片燒壞。3、操控性能差，調速是有級的，不能均勻調速，啟動不平穩，牽引性能差，同等功率條件下牽引力小，爬坡能力差。無能量回饋制動功能，制動動能造成機車更大磨損。隨著電力電子技術和計算機技術的發展，矢量控制理論和直接轉矩控制理論的應用，工礦用電機車的應用技術也在不斷更新，國外以日本為例，1975年在調速領域，直流占89 %，交流占20 % ； 1985年交流占80 %，直流占20 %。到目前為止，日本除了個別的地方還繼續采用直流電機驅動外，幾乎所有的調速系統都采用交流變頻裝置。在國內，礦用電動車依然以使用直流調速機車為主。目前很多廠家都在加緊研制工礦用機車的交流變頻調速系統。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是，針對工礦用機車現有調速方式相對落后的狀況，提供一種可靠的工礦用機車牽引變頻器，采用SVPWM控制技術，替代工礦用直流調速機車，達到提高效率、環保節能、方便操控、降低維護成本的目的。為解決上述技術問題，本實用新型所采用的技術方案是包括機箱，機箱內部電氣回路包括三相電壓型逆變電路、DC/DC控制電源、SVPWM信號隔離及驅動電路、再生制動電路、三相電流及溫度檢測電路、電機轉速檢測電路、直流母線電壓檢測電路、DSP控制系統、機車狀態顯示和故障診斷電路、機車駕駛給定信號輸入電路、通信電路，所述三相電壓型逆變電路輸入端接外接電源，輸出端接兩臺交流異步電機；DC/DC控制電源、直流母線電壓檢測電路、三相電流及溫度檢測電路、電機轉速檢測電路接入DSP控制系統；DSP控制系統與制動電路、SVPWM信號隔離及驅動電路、機車狀態顯示和故障診斷電路連接，再生制動電路、SVPWM信號隔離及驅動電路接入三相電壓型逆變電路；機車狀態顯示和故障診斷電路與DSP控制系統連接，通信電路與DSP控制系統雙向連接。所述DSP控制系統為TMS320F2812芯片。通信電路采用CAN與SCI總線。 所述機箱為四腔體結構，控制腔位于機箱正面，散熱腔位于控制腔背面，接線腔位于散熱腔上部，電容腔位于控制腔下部。與現有技術相比，本實用新型所具有的有益效果為在工礦機車惡劣的工礦條件下，本實用新型的牽引變頻器驅動感應電機在電動/再生制動回饋等不同工況和大轉速范圍內高效率區運行，功率因數高，損耗小。額定工況下電機效率達到83%，逆變器效率大于 96%，系統效率80%。
圖1為本實用新型的內部結構圖；圖2為本實用新型機箱內部電路結構框圖。
具體實施方式
本實用新型機箱區隔為控制腔、散熱腔、電容腔和接線腔，既保證防護要求也滿足散熱要求，方便實施與維護。參見圖1，逆變器結構分為四個腔體，控制腔位于機箱正面，散熱腔位于控制腔背面，接線腔位于散熱腔上部，電容腔位于控制腔下部。控制腔裝有功率模塊3、控制回路4、固定支架6、母排8，控制回路4采用固定支架 6固定，功率模塊3由母排8相連；散熱腔由散熱風扇5、散熱器2組成；控制腔與散熱腔由散熱器2的中間鋁板1隔開，中間鋁板既作為主散熱片又是功率模塊3安裝低板，風扇5用于加強散熱效果。接線腔裝于散熱腔的上部，方便主回路的進出線通過電纜引入加緊裝置7 與輸出母排相連。主電容9安裝在箱體底部的電容腔里，有利于箱體穩定性。控制腔與散熱腔、接線腔、電容腔相接處均密封處理，控制腔達到IPM的防護等級，避免濕氣和鹽霧等不利因素對電子元器件的影響。參見圖2，本實用新型的機箱內部電路包括三相電壓型逆變電路1、SVPWM信號隔離及驅動電路2、再生制動電路3、三相電流及溫度檢測電路4、電機轉速及溫度檢測電路5、 直流母線電壓檢測電路6、DC/DC控制電源7、DSP控制系統8、通信電路9、機車狀態顯示和故障診斷電路10、機車駕駛給定信號輸入電路11。三相電壓型逆變電路1的輸入端接外接電源，輸出經逆變后接兩臺異步交流電機；通過DSP控制系統8檢測電機速度和電機運行狀態，計算出電機效率最優的運行磁通，通過控制參考定子電流的磁通分量使電機效率優化， 運用矢量控制技術，產生的SVPWM信號，該信號經SVPWM信號隔離及驅動電路2后控制IGBT 功率模塊，完成直流到交流轉換；再生制動電路3實現異步電動機制動時將再生功率回饋給直流電源；三相電流溫度檢測電路4完成對三相電壓型逆變電路1的三相電流、溫度的檢測，用霍爾傳感器檢測電流，電壓互感器檢測電壓，溫度檢測是通過LM35溫度傳感器獲得， 然后通過AD轉換送入DSP控制系統；電機轉速檢測電路5通過編碼器到電機的轉速送入 DSP控制系統；直流母線電壓檢測電路6通過兩個電阻分壓之后，產生一個0-5V的直流電壓經過AD轉換后送入DSP進行處理；DSP控制系統8對電機進行電流、電壓、溫度檢測后， 根據矢量控制算法進行分析計算，產生相應的SVPWM信號，實現對主電路的IGBT功率模塊模塊控制，產生2臺異步三相電機所需的電壓與頻率；通信電路CAN總線及SPI接口電路9 完成DSP控制系統8與外部的通信。工礦用機車實時工作狀態是通過機車狀態顯示電路10完成的。狀態顯示電路10與DSP控制系統8的通訊方式采用RS232串口通信方式。駕駛控制信號輸入接口電路11采用光電耦合芯片PC817避免了外界對DSP控制系統8的干擾。 本實用新型中的DSP控制系統8采用美國德州公司的高速數字信號處理器DSP TMS320F2812，該芯片采用了高性能靜態CMOS技術，低電壓設計，核心電壓1.8V，輸入輸出接口電壓3.3V。采用哈佛總線結構。功率電路采用西門康公司功率模塊SKM600GB126D，驅動電路也采用西門康的專用驅動板，驅動板內部有過電流、模塊故障檢測電路，可將檢測信號送到DSP作中斷處理。它由高速低工耗的管芯和優化的門級驅動電路以及快速保護電路構成。即使發生負載事故或使用不當，也可以及時保護使自身不受損壞。[0021 ] 本實用新型2008年5月安裝在山西霍州某礦山的牽引機車變頻器運行狀況良好，由于采用交流電機，轉子不損壞，調速器不用更換觸頭、導電板、凸輪基本不維修。閘瓦片基本不磨損，不需更換，一年節約的材料費可達10000元，相比較直流電阻調速機車，變頻調速機車節電率為35%，按照每天運行16小時和年工作300日計算，電機功率為2X30KW的機車日節電336度，若電費按1元/度，每日節省電費336元，則一年節省電費100800元。表明系統具有較高的可靠性和實施性。
權利要求1.一種工礦用機車牽引變頻器，包括機箱，機箱內部電氣回路包括三相電壓型逆變電路、DC/DC控制電源、SVPWM信號隔離及驅動電路、再生制動電路、三相電流及溫度檢測電路、電機轉速檢測電路、直流母線電壓檢測電路、DSP控制系統、機車狀態顯示和故障診斷電路、機車駕駛給定信號輸入電路、通信電路，其特征在于，所述三相電壓型逆變電路輸入端接外接電源，輸出端接兩臺交流異步電機；DC/DC控制電源、直流母線電壓檢測電路、三相電流及溫度檢測電路、電機轉速檢測電路接入DSP控制系統；DSP控制系統與制動電路、 SVPWM信號隔離及驅動電路、機車狀態顯示和故障診斷電路連接，再生制動電路、SVPWM信號隔離及驅動電路接入三相電壓型逆變電路；機車狀態顯示和故障診斷電路與DSP控制系統連接，通信電路與DSP控制系統雙向連接。
2.根據權利要求1所述的工礦用機車牽引變頻器，其特征在于，所述DSP控制系統為 TMS320F2812 芯片。
3.根據權利要求1所述的工礦用機車牽引變頻器，其特征在于，通信電路采用CAN與 SCI總線。
4.根據權利要求1至3之一所述的工礦用機車牽引變頻器，其特征在于，所述機箱為四腔體結構，控制腔位于機箱正面，散熱腔位于控制腔背面，接線腔位于散熱腔上部，電容腔位于控制腔下部。
專利摘要本實用新型公開了一種工礦用機車牽引變頻器，包括機箱，機箱內部電氣回路包括三相電壓型逆變電路、DC/DC控制電源、SVPWM信號隔離及驅動電路、再生制動電路、三相電流及溫度檢測電路、電機轉速檢測電路、直流母線電壓檢測電路、DSP控制系統、機車狀態顯示和故障診斷電路、機車駕駛給定信號輸入電路、通信電路，本變頻器功率分配平衡、起動力矩大、制動性能優越，操作簡單方便，其性能指標達到了國內市場同類產品的先進水平。
文檔編號H02P21/12GK202178736SQ20112031364
公開日2012年3月28日 申請日期2011年8月25日 優先權日2011年8月25日
發明者張勝勇 申請人:湖南鼎力電氣系統有限公司