專利名稱：架線式供電機(jī)車的逆變控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于架線式供電機(jī)車領(lǐng)域，尤其是一種架線式供電機(jī)車的逆 變控制裝置。
背景技術(shù)：
在架線式供電機(jī)車領(lǐng)域，由于受電網(wǎng)供電條件和長(zhǎng)大線路的分區(qū)供電模 式限制，受電弓(前端取電器)不可避免地面臨短時(shí)脫弓或經(jīng)過(guò)無(wú)電分區(qū)形 成短時(shí)失電現(xiàn)象，經(jīng)常會(huì)造成母線直流電壓耗盡而造成逆變器直流欠電壓，
使?fàn)恳到y(tǒng)進(jìn)入欠電壓保護(hù)狀態(tài)；當(dāng)電網(wǎng)經(jīng)過(guò)短時(shí)掉電過(guò)程再恢復(fù)供電后， 牽引系統(tǒng)勢(shì)必重新啟動(dòng)，不僅形成較大的動(dòng)態(tài)電流，而且因重新啟動(dòng)牽引系 統(tǒng)必須進(jìn)行必要的變量初始化，造成牽引效率大幅度降低。為了克服上述問(wèn) 題，通?？梢圆捎媚孀兤鲃?dòng)態(tài)檢測(cè)直流母線電壓實(shí)現(xiàn)有電與無(wú)電工作模式的 轉(zhuǎn)換過(guò)程，即進(jìn)入無(wú)電區(qū)時(shí)將原有的速度閉環(huán)改為直流電壓閉環(huán)，達(dá)到以直 流電壓為控制目地的跨越模式；當(dāng)直流電壓再次進(jìn)入正常工作范圍后，系統(tǒng) 自然退出跨越模式而轉(zhuǎn)為常規(guī)牽引模式(速度控制模式)，這種技術(shù)方案對(duì)于 無(wú)電跨越模式進(jìn)入和退出與直流電壓閥值存在緊密的相互約束關(guān)系，對(duì)于波 動(dòng)范圍較大的供電網(wǎng)絡(luò)存在較大局限性。實(shí)際上，我國(guó)工礦企業(yè)架線供電網(wǎng) 絡(luò)實(shí)際波動(dòng)范圍往往很大，特別是一些老礦山的供電線路較長(zhǎng)、老化程度嚴(yán) 重、軌道回流不暢，造成供電末梢電壓較低，嚴(yán)重時(shí)末端壓降超過(guò)額定供電 電壓的50%，使得無(wú)電跨越進(jìn)入值及維持值將會(huì)很低，這樣牽引系統(tǒng)控制電源 要求相當(dāng)苛刻，并且當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)供電后因逆變器固有直流電容的存在，勢(shì)必 造成較大的電流沖擊，從而影響系統(tǒng)平穩(wěn)過(guò)渡無(wú)電區(qū)。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目地在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種新型的架線式供 電機(jī)車的逆變控制裝置，該逆變控制系統(tǒng)采用脫弓硬件檢測(cè)電路與DSP控制 模塊控制相結(jié)合的控制方式，擺脫了無(wú)電跨越模式進(jìn)入和退出所依賴的直流 電壓閥值的相互約束關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了牽引系統(tǒng)的無(wú)電跨越模式的平穩(wěn)過(guò)渡，避 免了電網(wǎng)恢復(fù)所帶來(lái)的電流沖擊，提高了牽引效率。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 一種架線式供電機(jī)車的逆變控制裝置，包括受電弓、逆變器驅(qū)動(dòng)電路及 逆變橋、異步電機(jī)，受電弓與架線電網(wǎng)相連接，逆變器驅(qū)動(dòng)電路及逆變橋與 異步電機(jī)相連接，受電弓與脫弓硬件檢測(cè)電路的輸入端相連接，脫弓硬件檢測(cè)電路的輸出端與DSP控制模塊的輸入端相連接，DSP控制模塊的輸出端與逆 變器驅(qū)動(dòng)電路及逆變橋相連接。
而且，所述的脫弓硬件檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)為采樣高壓電阻一端與受電弓相 連接，另一端與穩(wěn)壓電路相連接后接入到光電耦合器內(nèi)部的發(fā)光二極管陽(yáng)極， 發(fā)光二極管陰極連接到逆變控制系統(tǒng)的負(fù)極，同時(shí)在發(fā)光二極管上反向并聯(lián) 一穩(wěn)壓管，光電耦合器的輸出端由上拉電阻、限流電阻、嵌位二極管和濾波
電容連接構(gòu)成并連接到DSP控制模塊的輸入端口上。
而且，所述的穩(wěn)壓電路由三級(jí)110V的穩(wěn)壓管串聯(lián)構(gòu)成，在發(fā)光二極管上
反向并聯(lián)的穩(wěn)壓管為16V的穩(wěn)壓管。
而且，所述的光電耦合器采用TLP521芯片。
而且，所述的DSP控制模塊采用TMS320LF2407A芯片。
而且，所述的逆變器驅(qū)動(dòng)電路及逆變橋分為驅(qū)動(dòng)電路和逆變橋兩級(jí)，該
驅(qū)動(dòng)電路采用M57962或2SD315AI驅(qū)動(dòng)模塊，該逆變橋由IGBT模塊組成。 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是
1. 本逆變控制系統(tǒng)采用脫弓檢測(cè)硬件電路與DSP控制模塊控制相結(jié)合的 控制方式，在前端采用直接脫弓硬件檢測(cè)作為無(wú)電跨越進(jìn)入和退出條件，DSP 控制模塊根據(jù)脫弓硬件檢測(cè)電路的輸出信號(hào)進(jìn)行分析，能夠同步進(jìn)入或退出 無(wú)電跨越工作模式，擺脫了無(wú)電跨越模式進(jìn)入和退出所依賴的直流電壓閥值 的相互約束關(guān)系， 一方面無(wú)電跨越的啟動(dòng)時(shí)間較短，另一方面可以將無(wú)電跨 越維持電壓調(diào)整到任意值，甚至超過(guò)額定電壓，從而避免了電網(wǎng)恢復(fù)所帶來(lái) 的電流沖擊。
2. 本逆變控制系統(tǒng)在DSP控制模塊內(nèi)部設(shè)置可調(diào)節(jié)的保持時(shí)間作為檢測(cè) 防抖動(dòng)的維持時(shí)間，由DSP控制模塊對(duì)脫弓硬件檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行防抖動(dòng)處理， 有效地避免電網(wǎng)線路接觸抖動(dòng)造成交越脫弓。
3. 本逆變控制系統(tǒng)采本逆變控制系統(tǒng)可以將無(wú)電跨越維持電壓調(diào)整到任 意值，按照額定供電電壓實(shí)施無(wú)電跨越，可以適應(yīng)不同條件的煤礦、鐵礦、 地鐵、隧道等施工現(xiàn)場(chǎng)，具有適應(yīng)范圍廣泛的特點(diǎn)。
4. 本實(shí)用新型采用脫弓硬件檢測(cè)電路與DSP控制模塊控制相結(jié)合，并利 用負(fù)載慣性及電機(jī)反發(fā)電原理，使逆變系統(tǒng)進(jìn)入熱待機(jī)模式，擺脫了無(wú)電跨 越模式進(jìn)入和退出所依賴的直流電壓閥值的相互約束關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了牽引系統(tǒng) 的無(wú)電跨越模式的平穩(wěn)過(guò)渡，提高了牽引效率，避免了電網(wǎng)恢復(fù)所帶來(lái)的電 流沖擊，具有跨越時(shí)間短、性能可靠、適用范圍廣泛的特點(diǎn)，非常適合于國(guó) 內(nèi)架線式供電牽引機(jī)車工況條件。


圖l是本實(shí)用新型的系統(tǒng)連接示意4圖2是脫弓硬件檢測(cè)電路及DSP控制模塊連接示意圖3是脫弓硬件檢測(cè)電路檢測(cè)信號(hào)時(shí)序圖4是DSP控制模塊內(nèi)部脫弓檢測(cè)處理流程示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例做進(jìn)一步詳述。
一種架線式供電機(jī)車的逆變控制裝置，如圖1所示，由受電弓、脫弓硬
件檢測(cè)電路、DSP控制模塊、逆變器驅(qū)動(dòng)電路及逆變橋和異步電機(jī)依次連接構(gòu) 成，受電弓與架線電網(wǎng)相連接從架線電網(wǎng)處獲取電網(wǎng)電壓，脫弓硬件檢測(cè)電 路用于檢測(cè)電網(wǎng)的電網(wǎng)電壓并將檢測(cè)信號(hào)輸出給DSP控制模塊，DSP控制模塊 內(nèi)部預(yù)置的控制程序處理后輸出控制信號(hào)給逆變器驅(qū)動(dòng)電路及逆變橋控制異 步電機(jī)的工作。在本實(shí)施例中，DSP控制模塊采用TMS320LF2407A芯片。
脫弓硬件檢測(cè)電路的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，脫弓硬件檢測(cè)電路的輸入側(cè) 由采樣高壓電阻Rl從架線電網(wǎng)處獲取電網(wǎng)電壓，經(jīng)過(guò)三級(jí)110V的穩(wěn)壓管Dl、 D2、 D3串聯(lián)構(gòu)成的穩(wěn)壓電路后，接入到光電耦合器0P1內(nèi)部發(fā)光二極管的陽(yáng) 極，發(fā)光二極管陰極接到逆變控制系統(tǒng)的負(fù)極，同時(shí)在該發(fā)光二極管上反向 并聯(lián)一個(gè)16V的穩(wěn)壓管D4，以保護(hù)發(fā)光二極管不被過(guò)電壓擊穿，檢測(cè)電路輸 出側(cè)由上拉電阻R2、限流電阻R3、嵌位二極管D5和濾波電容C1組成并連接 到DSP控制模塊的輸入端口上，DSP控制模塊經(jīng)內(nèi)部預(yù)置的控制程序處理后輸 出控制信號(hào)給逆變器驅(qū)動(dòng)電路及逆變橋，逆變器驅(qū)動(dòng)電路及逆變橋分為驅(qū)動(dòng) 電路和逆變橋兩級(jí)，該驅(qū)動(dòng)電路采用M57962或2SD315AI驅(qū)動(dòng)模塊，該逆變 橋由IGBT模塊組成。DSP控制模塊的控制過(guò)程為當(dāng)架線電網(wǎng)正常時(shí)，DSP 控制模塊輸出控制信號(hào)采用速度閉環(huán)控制；當(dāng)檢測(cè)到脫弓信號(hào)時(shí)，DSP控制模 塊輸出控制信號(hào)切換到直流母線電壓閉環(huán)控制；當(dāng)系統(tǒng)復(fù)弓時(shí)，DSP控制模塊 輸出控制信號(hào)再切換回到速度閉環(huán)控制，這種控制方式保證在控制模式切換 過(guò)程中的速度平滑過(guò)渡及其良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
脫弓硬件檢測(cè)電路的工作原理為受系統(tǒng)上電時(shí)，光電耦合器內(nèi)部的發(fā) 光二極管發(fā)光，光電耦合器內(nèi)部的三極管C、 E極導(dǎo)通，集電機(jī)經(jīng)限流電阻R3 輸出到DSP控制模塊的信號(hào)是低電平；當(dāng)系統(tǒng)脫弓時(shí)，光電耦合器內(nèi)部的發(fā) 光二極管停止發(fā)光，光電耦合器內(nèi)部的三極管C、 E極同步斷開，集電機(jī)經(jīng)限 流電阻R3輸出到DSP控制模塊的信號(hào)是高電平；當(dāng)系統(tǒng)復(fù)弓時(shí)，光電耦合器 內(nèi)部的三極管的集電極經(jīng)限流電阻R3輸出到DSP控制模塊的信號(hào)是高電平。 該硬件檢測(cè)信號(hào)時(shí)序如圖3波形所示，從圖中可以看出，無(wú)電跨越模式是同 步啟動(dòng)的，并且維持電壓可設(shè)定在欠壓保護(hù)值以上的任意值，尤其是可以超 過(guò)正常網(wǎng)壓范圍(圖3中P95參數(shù)及陰影部分代表可任意設(shè)定的無(wú)電跨越目 標(biāo)直流母線電壓)，使得系統(tǒng)在復(fù)弓情況下避免了因?yàn)檩^大壓差而造成瞬間直流充電電流過(guò)大的情況，當(dāng)系統(tǒng)在t2時(shí)間點(diǎn)復(fù)弓后，本方案在t3(t4)時(shí)間點(diǎn) 處結(jié)束無(wú)電跨越，這段時(shí)間的延遲可有效過(guò)濾系統(tǒng)復(fù)弓時(shí)的抖動(dòng)，其防抖動(dòng) 的控制是通過(guò)DSP控制模塊內(nèi)部預(yù)置的控制程序?qū)崿F(xiàn)的。
DSP控制模塊內(nèi)預(yù)置的控制程序流程如圖4所示，該控制程序?yàn)橹袛喑绦颍?在該中斷程序中，檢測(cè)脫弓信號(hào)有無(wú)，如有脫弓信號(hào)，置脫弓標(biāo)志位，進(jìn)入 VDC(直流母線電壓)PI調(diào)節(jié)，并配合力矩限幅功能使系統(tǒng)工作狀態(tài)平滑過(guò)渡; 如果沒(méi)有脫弓信號(hào)，判斷是否進(jìn)入復(fù)弓防抖動(dòng)過(guò)程，如果是，保持無(wú)電跨越 工作模式；如果不是，清除脫弓標(biāo)志，切換到常規(guī)牽引工作模式。
由于本實(shí)用新型的脫弓硬件檢測(cè)電路使逆變控制系統(tǒng)的工作模式與電網(wǎng) 狀態(tài)同步，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，避免了直流母線電壓 跌落，減小了系統(tǒng)復(fù)弓時(shí)對(duì)主電路的電流沖擊。
需要強(qiáng)調(diào)的是，本實(shí)用新型所述的實(shí)施例是說(shuō)明性的，而不是限定性的， 因此本實(shí)用新型并不限于具體實(shí)施方式
中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù) 人員根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本實(shí)用新型 保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求1.一種架線式供電機(jī)車的逆變控制裝置，包括受電弓、逆變器驅(qū)動(dòng)電路及逆變橋、異步電機(jī)，受電弓與架線電網(wǎng)相連接，逆變器驅(qū)動(dòng)電路及逆變橋與異步電機(jī)相連接，其特征在于受電弓與脫弓硬件檢測(cè)電路的輸入端相連接，脫弓硬件檢測(cè)電路的輸出端與DSP控制模塊的輸入端相連接，DSP控制模塊的輸出端與逆變器驅(qū)動(dòng)電路及逆變橋相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的架線式供電機(jī)車的逆變控制裝置，其特征在于.-所述的脫弓硬件檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)為采樣高壓電阻一端與受電弓相連接，另一 端與穩(wěn)壓電路相連接后接入到光電耦合器內(nèi)部的發(fā)光二極管陽(yáng)極，發(fā)光二極 管陰極連接到逆變控制系統(tǒng)的負(fù)極，同時(shí)在發(fā)光二極管上反向并聯(lián)一穩(wěn)壓管， 光電耦合器的輸出端由上拉電阻、限流電阻、嵌位二極管和濾波電容連接構(gòu)成并連接到DSP控制模塊的輸入端口上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的架線式供電機(jī)車的逆變控制裝置，其特征在于所述的穩(wěn)壓電路由三級(jí)iiov的穩(wěn)壓管串聯(lián)構(gòu)成，在發(fā)光二極管上反向并聯(lián)的 穩(wěn)壓管為16V的穩(wěn)壓管。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的架線式供電機(jī)車的逆變控制裝置，其特征在于所述的光電耦合器采用TLP521芯片。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的架線式供電機(jī)車的逆變控制裝置，其特征在于所述的DSP控制模塊采用TMS320LF2407A芯片。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的架線式供電機(jī)車的逆變控制裝置，其特征在于-所述的逆變器驅(qū)動(dòng)電路及逆變橋分為驅(qū)動(dòng)電路和逆變橋兩級(jí)，該驅(qū)動(dòng)電路采 用M57962或2SD315AI驅(qū)動(dòng)模塊，該逆變橋由IGBT模塊組成。
專利摘要本實(shí)用新型屬于一種架線式供電機(jī)車的逆變控制裝置，包括受電弓、脫弓硬件檢測(cè)電路、DSP控制模塊、逆變器驅(qū)動(dòng)電路及逆變橋、異步電機(jī)，受電弓一端與架線電網(wǎng)相連接，其另一端與脫弓硬件檢測(cè)電路的輸入端相連接，脫弓硬件檢測(cè)電路的輸出端與DSP控制模塊的輸入端相連接，DSP控制模塊的輸出端與逆變器驅(qū)動(dòng)電路及逆變橋相連接，逆變器驅(qū)動(dòng)電路及逆變橋與異步電機(jī)相連接。本實(shí)用新型采用脫弓硬件檢測(cè)電路與DSP控制模塊控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了牽引系統(tǒng)的無(wú)電跨越模式的平穩(wěn)過(guò)渡，提高了牽引效率，避免了電網(wǎng)恢復(fù)所帶來(lái)的電流沖擊，具有跨越時(shí)間短、性能可靠、適用范圍廣泛的特點(diǎn)，非常適合于國(guó)內(nèi)架線式供電牽引機(jī)車工況條件。
文檔編號(hào)H02M7/44GK201383794SQ200920096329
公開日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2009年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月16日
發(fā)明者張德寬 申請(qǐng)人:天津方圓電氣有限公司