專利名稱：隔爆型蓄電池工礦電機(jī)車斬波司控器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及隔爆型蓄電池工礦電機(jī)車司控器，尤其用于在爆炸性氣體環(huán)境中工作的電機(jī)車啟動(dòng)、調(diào)速。
背景技術(shù)：
隔爆型蓄電池工礦電機(jī)車IGBT斬波司控器，適用于在爆炸性氣體環(huán)境中工作的蓄電池工礦電機(jī)車，用于電機(jī)車的啟動(dòng)、調(diào)速。
目前，國(guó)內(nèi)隔爆型蓄電池工礦電機(jī)車啟動(dòng)、調(diào)速控制器主要有兩種1)串電阻啟動(dòng)、調(diào)速控制器。主電路原理示意圖見(jiàn)圖一。這種控制器的控制方式是通過(guò)按一定規(guī)律人為切換開(kāi)關(guān)觸頭來(lái)減少回路串入的電阻值以控制回路電流值和電機(jī)端電壓而實(shí)現(xiàn)電機(jī)車的啟動(dòng)、調(diào)速。這種控制器有幾大弊病a).電能效率低，在啟動(dòng)、調(diào)速過(guò)程中有20～40％的電功率消耗在電阻上轉(zhuǎn)化成熱能，而電阻裝在防爆箱內(nèi)，不便散熱，造成電阻溫升過(guò)高。
b).啟動(dòng)沖擊大，此方法只能實(shí)現(xiàn)電阻值有級(jí)改變，造成電流沖擊，進(jìn)而造成牽引力波動(dòng)引起機(jī)械沖擊。
c).開(kāi)關(guān)觸頭易燒損，維護(hù)工作量大。啟動(dòng)、調(diào)速過(guò)程中，開(kāi)關(guān)觸頭帶荷分?jǐn)啵|頭易燒損，需經(jīng)常更換。
2)用SCR斬波器主電路原理示意圖見(jiàn)圖二。這種控制器的控制方式是通過(guò)以一定方式(定頻調(diào)寬PWM或定寬調(diào)頻PFM)開(kāi)斷SCR斬波器，斬波器輸出頻率或?qū)挾瓤勺兊牡确妷悍讲?，使電機(jī)獲得符合控制要求的平均電壓和平均電流來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)車的啟動(dòng)、調(diào)速。
這種控制器不再需要啟動(dòng)電阻，可以實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，較串電阻控制器提高了啟動(dòng)、調(diào)速的電效率，減小了沖擊，在技術(shù)上是很大的進(jìn)步，但仍然存在不足a)所用功率半導(dǎo)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(shù)變化影響斬波器的工作可靠性。
b)所用功率半導(dǎo)體器件散熱器帶電，只能裝在防爆殼內(nèi)且與防爆殼隔離，所以造成控制器內(nèi)組件的工作損耗轉(zhuǎn)換成的熱量較難散失到空氣中，致使控制器防爆殼內(nèi)溫升很高，影響控制器防爆殼內(nèi)電子器件正常工作。
c)SCR驅(qū)動(dòng)控制板多為分立元件組成的模擬控制板，對(duì)元件參數(shù)的變化很敏感，一般來(lái)說(shuō)工作可靠性不高。
d)給定為調(diào)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(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上不足，我們開(kāi)發(fā)出數(shù)字控制IGBT斬波啟動(dòng)、調(diào)速控制器，控制器主電路原理示意圖見(jiàn)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(diǎn)本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是由濾波電容、直流牽引電機(jī)、霍爾電流傳感器、絕緣柵型門極驅(qū)動(dòng)雙極晶體管(IGBT)串接，然后在直流牽引電機(jī)、霍爾傳感器兩端并接續(xù)流二極管構(gòu)成主電路；由PWM數(shù)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(guò)編程，此IGBT斬波啟動(dòng)、調(diào)速器可實(shí)現(xiàn)輸入電壓過(guò)壓保護(hù)、負(fù)載過(guò)流保護(hù)等功能。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1是串電阻啟動(dòng)、調(diào)速器電路原理示意圖圖2是SCR斬波啟動(dòng)、調(diào)速器電路原理示意圖。
圖3IGBT斬波啟動(dòng)、調(diào)速器電路原理示意圖。
圖中1.濾波電容，2.續(xù)流二極管，3.直流牽引電機(jī)，4.霍爾電流傳感器，5.絕緣柵型門極驅(qū)動(dòng)雙極晶體管(IGBT)，6.PWM數(shù)字控制器，7.輸入傳感器，8.指令開(kāi)關(guān)。
具體實(shí)施方式
如圖三，由濾波電容(1)、直流牽引電機(jī)(3)、霍爾電流傳感器(4)、絕緣柵型門極驅(qū)動(dòng)雙極晶體管(IGBT)(5)串接，然后在直流牽引電機(jī)(3)、霍爾傳感器(4)兩端并接續(xù)流二極管(2)構(gòu)成主電路；由PWM數(shù)字控制器(6)、輸入傳感器(7)、指令開(kāi)關(guān)(8)以及霍爾電流傳感器(4)次邊組成控制電路。工作時(shí)，指令開(kāi)關(guān)(8)閉合，PWM數(shù)字控制器(6)得到啟動(dòng)指令后通過(guò)霍爾電流傳感器(4)檢測(cè)出主電路電流值和輸入傳感器(7)輸出值，根據(jù)二者差值，計(jì)算出PWM脈沖寬度值，經(jīng)PWM數(shù)字控制器內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器實(shí)時(shí)控制絕緣柵型門極驅(qū)動(dòng)雙極晶體管(IGBT)(5)的開(kāi)通和關(guān)斷，從而實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)通過(guò)直流牽引電機(jī)(3)的電流值。續(xù)流二極管(2)作為絕緣柵型門極驅(qū)動(dòng)雙極晶體管(IGBT)(5)關(guān)斷時(shí)負(fù)載續(xù)流之用。通過(guò)編程，此IGBT斬波啟動(dòng)、調(diào)速器可實(shí)現(xiàn)輸入電壓過(guò)壓保護(hù)、負(fù)載過(guò)流保護(hù)等功能。
這種控制器主要有以下特點(diǎn)a所用功率半導(dǎo)體器件IGBT為全控型器件，無(wú)需附加的換流裝置，簡(jiǎn)化了主電路。
b所用半導(dǎo)體器件采用模塊化封裝，元件散熱底板與元件導(dǎo)電部分絕緣，功率半導(dǎo)體器件可以直接貼裝在防爆殼內(nèi)壁，功率器件的熱量可以通過(guò)防爆殼體散失，所以控制器散熱良好，大大降低了防爆殼內(nèi)溫升。
c)控制部分用INTEL 16位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制，脈沖調(diào)制方式采用PWM方式，針對(duì)牽引機(jī)車的特性，采用電流負(fù)反饋閉環(huán)控制，電流反饋信號(hào)取自性能良好的霍爾傳感器?？刂茖?shí)時(shí)性好，控制精度高，工作穩(wěn)定性得以明顯提高。
d)給定信號(hào)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(kāi)關(guān)損耗與頻率成正比，為了使開(kāi)關(guān)損耗不致影響元件安全，我們選取為2kHz左右)，電流連續(xù)性好，紋波小，無(wú)需平波電抗。
f)由軟件控制可以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，機(jī)車啟動(dòng)、調(diào)速過(guò)程中消除了沖擊，車輛的運(yùn)行平穩(wěn)性，乘坐的舒適性得以大大提高。
g)實(shí)現(xiàn)了電接觸頭正常工作的無(wú)載分合，觸頭不易燒損，觸頭電壽命大大延長(zhǎng)，幾乎接近觸頭的機(jī)械壽命。這樣減少了機(jī)車的維護(hù)工作量。
權(quán)利要求1.一種隔爆型蓄電池工礦電機(jī)車斬波司控器，它包括濾波電容(1)、直流牽引電機(jī)(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(jī)(3)、霍爾電流傳感器(4)、絕緣柵型門極驅(qū)動(dòng)雙極晶體管(IGBT)(5)串接，然后在直流牽引電機(jī)(3)、霍爾傳感器(4)兩端并接續(xù)流二極管(2)構(gòu)成主電路；由PWM數(shù)字控制器(6)、輸入傳感器(7)、指令開(kāi)關(guān)(8)以及霍爾電流傳感器(4)次邊組成控制電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔爆型蓄電池工礦電機(jī)車斬波司控器，其特征是續(xù)流二極管(2)作為絕緣柵型門極驅(qū)動(dòng)雙極晶體管(IGBT)(5)關(guān)斷時(shí)負(fù)載續(xù)流之用。
專利摘要一種隔爆型蓄電池工礦電機(jī)車斬波司控器，涉及隔爆型蓄電池工礦電機(jī)車司控器，尤其用于在爆炸性氣體環(huán)境中工作的電機(jī)車啟動(dòng)、調(diào)速。它包括濾波電容(1)、直流牽引電機(jī)(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(jī)(3)、霍爾電流傳感器(4)、絕緣柵型門極驅(qū)動(dòng)雙極晶體管(IGBT)(5)串接，然后在直流牽引電機(jī)(3)、霍爾傳感器(4)兩端并接續(xù)流二極管(2)構(gòu)成主電路；由PWM數(shù)字控制器(6)、輸入傳感器(7)、指令開(kāi)關(guān)(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(dòng)、調(diào)速器可實(shí)現(xiàn)輸入電壓過(guò)壓保護(hù)、負(fù)載過(guò)流保護(hù)等功能。
文檔編號(hào)H02P7/298GK2879530SQ20052005289
公開(kāi)日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2005年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月27日
發(fā)明者劉啟先, 劉柏, 徐球君 申請(qǐng)人:湘潭電機(jī)股份有限公司