专利名称：铁路机车空调逆变电源的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种铁路机车(电力机车和内燃机车)电源，具体地讲是一种铁路机车空调逆变电源。
背景技术：
铁路机车空调逆变电源是专门为机车空调提供的三相逆变电源。以往无源逆变器和斩波器中线路复杂，体积庞大，采用功能指标较低的功率器件普通晶闸管，寿命短。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种具有在逆变电源的设计中采用绝缘栅极双极型晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)和智能型功率模块IPM(Intelligent Power Module)作为功率开关器件功能的铁路机车空调逆变电源，以克服上述的不足。
为了实现上述目的，本实用新型由滤波电路、斩波升压电路、逆变电路，其中斩波升压电路输入端与铁路机车上的电源相连接，其输出端与逆变电路的直流电压输入端相连接，逆变电路的输出端通过滤波电路输出三相380V交流电源，其特点是在逆变电路的控制输入端还连接有一个控制电路，控制电路由单片机与外围电路构成，其中斩波升压电路的输出的电流和电压信号通过信号转换与单片机的数据端口相连接、同样逆变电路的输出的电流和电压信号通过信号转换与单片机的数据端口相连接，逆变电路中的绝缘栅极双极型晶体管或智能型功率模块IPM的基极控制端通过隔离电路与单片机的控制线相连接；上述控制电路还接收空调控制操作台的的开关信号，并通过单片机输出每个空调状态的控制信号。
本实用新型是一种变频变压(Variable Voltage Variable Frequency)电源，这样可以保证机车空调内的电动机气隙磁通恒定以防止铁芯饱和。本实用新型在启动过程中采用了变频变压的软启动方式，输出电压的上升伴随着电机转动频率的上升，从而大大的减小电机的启动电流。本实用新型采用智能型功率模块IPM作为功率开关器件；采用80C196KC和80C196MC十六位单片机作为控制核心；采用变频启动。启动电流冲击小，利于延长压缩机使用寿命；输出电压波形为正弦波，具有完善的过压、欠压、过流、过载、短路、过热、接地等故障检测与保护功能，并通过发光二极管显示出来，实现了故障判断的智能化；采用全封闭、强迫风冷却散热方式；接触器通断逻辑由软件完成，对接触器实现无流分断。本实用新型同时在机械结构上采用了模块化方式，使得拆卸、维护更为方便。全封闭的结构使得外型更为美观，机械强度及电磁屏蔽性能进一步提高。
附图为本实用新型原理框图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型。
本实用新型由滤波电路、斩波升压电路、逆变电路及控制电路四部分组成。其控制电路部分由信号转换板、I/O信号检测板、检测微机控制板、逆变微机控制板、斩波控制板等插件板组成。其中信号转换板是将操纵控制信号转换成微机可直接检测的信号。I/O检测板是将所检测的电压电流信号转换为单片机可直接检测的信号。检测微机控制板是检测各种控制信号和各种保护信号，从而实现过热、过流、过载、短路、接地、输入过欠压等故障类型保护功能，并针对不同的故障类型而采取不同的保护措施，将不同的故障情况通过显示板上的LED显示出来。用户和维修人员可通过观察窗口的显示来了解系统工作情况及故障情况。逆变微机控制板实现逆变控制，使空调电源输出稳定的380V交流电源。
将机车主变压器辅助绕组提供的AC220V电压经过整流滤波后由斩波控制电路和IGBT组成的斩波升压电路将其变为稳定的DC540V中间电压。此电压加至由IPM组成的三相逆变器。由逆变控制系统产生三相SPWM驱动信号经过高速光耦隔离后也送到IPM的驱动极，使三相逆变电路中的IPM管按照SPWM工作模式进行正确的开通与关断，从而在IPM的输出侧得到稳定的三相AC380V、基波频率为50HZ的脉宽调制波，再经过滤波电路得到AC380V、50HZ三相正弦交流电供给机车空调机组。逆变电源及空调机组的各种保护及电压、电流的检测经转换后也送给微机，由单片微机来控制实现。
本实用新型是一个双CPU的反馈控制系统，它包含两个的功能模块逻辑控制模块和脉冲信号控制模块。在逻辑控制模块中采用一片Intel公司的80C196KC来实现逆变电源系统全局上的各种逻辑的协调控制；脉冲信号控制模块采用一片专门用于电机控制的80C196MC十六位单片机产生三相SPWM开关信号控制功率模块的正确导通和关断。和传统的控制方式比较，具有系统转换效率高的特点。逆变采用高载波频率(4KHz)，使额定输出电压相对谐波含量≤5％(3次以下谐波含量总均方根值与输出总电压均方根值之比)。逆变后的PWM脉宽调制波经过低通滤波器后输出正弦波电压，显著减小了电机绝缘材料的电压应力，延长了电机的使用寿命。逆变电源内部所有接触器器件的通断逻辑由软件完成，实现无流分断，不仅延长了接触器器件的使用寿命，而且减小了对电源系统及功率器件的冲击，从而提高了整个逆变电源的可靠性和使用寿命。结构上，逆变电源采用全密封的金属框架结构，箱体防护等级为IP54，采用全封闭、强迫风冷散热方式。在电磁兼容方面已按TB/T3034-2002《机车车辆电气设备电磁兼容性试验及其限值》通过EMC测试。
权利要求1.一种铁路机车空调逆变电源，由滤波电路、斩波升压电路、逆变电路构成，其中斩波升压电路输入端与铁路机车上的电源相连接，其输出端与逆变电路(的直流电压输入端相连接，逆变电路的输出端通过滤波电路输出三相380V交流电源，其特征在于在逆变电路的控制输入端还连接有一个控制电路，控制电路由单片机与外围电路构成，其中斩波升压电路的输出的电流和电压信号通过信号转换与单片机的数据端口相连接、同样逆变电路的输出的电流和电压信号通过信号转换与单片机的数据相连接，逆变电路中的绝缘栅极双极型晶体管的基极控制端与单片机的控制线相连接。
2.如权利要求1所述的铁路机车空调逆变电源，其特征在于控制电路还接收空调控制操作台的的开关信号，并通过单片机输出每个空调状态的控制信号。
3.如权利要求1所述的铁路机车空调逆变电源，其特征在于控制电路还检测各种控制信号和各种保护信号，从而实现过热、过流、过载、短路、接地、输入过欠压等故障类型保护功能，并针对不同的故障类型而采取不同的保护措施，将不同的故障情况通过显示板上的LED显示出来。
专利摘要本实用新型涉及一种铁路机车空调逆变电源，由滤波电路、斩波升压电路、逆变电路构成，其特点是在逆变电路的控制输入端还连接有一个控制电路，控制电路由单片机与外围电路构成，其中斩波升压电路的输出的电流和电压信号通过信号转换与单片机的数据端口相连接、同样逆变电路的输出的电流和电压信号通过信号转换与单片机的数据端口相连接，逆变电路中的绝缘栅极双极型晶体管的基极控制端与单片机的控制线相连接。本实用新型具有完善的过压、欠压、过流、过载、短路、过热、接地等故障检测与保护功能，并通过发光二极管显示出来，实现了故障判断的智能化。
文档编号H02M7/5387GK2733738SQ20042007652
公开日2005年10月12日 申请日期2004年9月9日 优先权日2004年9月9日
发明者杨伟, 周波, 牟慧文 申请人:武汉正远铁路电气有限公司