专利名称：隔爆型蓄电池工矿电机车斩波司控器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及隔爆型蓄电池工矿电机车司控器，尤其用于在爆炸性气体环境中工作的电机车启动、调速。
背景技术：
隔爆型蓄电池工矿电机车IGBT斩波司控器，适用于在爆炸性气体环境中工作的蓄电池工矿电机车，用于电机车的启动、调速。
目前，国内隔爆型蓄电池工矿电机车启动、调速控制器主要有两种1)串电阻启动、调速控制器。主电路原理示意图见图一。这种控制器的控制方式是通过按一定规律人为切换开关触头来减少回路串入的电阻值以控制回路电流值和电机端电压而实现电机车的启动、调速。这种控制器有几大弊病a).电能效率低，在启动、调速过程中有20～40％的电功率消耗在电阻上转化成热能，而电阻装在防爆箱内，不便散热，造成电阻温升过高。
b).启动冲击大，此方法只能实现电阻值有级改变，造成电流冲击，进而造成牵引力波动引起机械冲击。
c).开关触头易烧损，维护工作量大。启动、调速过程中，开关触头带荷分断，触头易烧损，需经常更换。
2)用SCR斩波器主电路原理示意图见图二。这种控制器的控制方式是通过以一定方式(定频调宽PWM或定宽调频PFM)开断SCR斩波器，斩波器输出频率或宽度可变的等幅电压方波，使电机获得符合控制要求的平均电压和平均电流来实现电机车的启动、调速。
这种控制器不再需要启动电阻，可以实现平滑启动，较串电阻控制器提高了启动、调速的电效率，减小了冲击，在技术上是很大的进步，但仍然存在不足a)所用功率半导体器件SCR为半控型器件，工作期间须要辅助SCR、电感、电容组成的换流装置，电感、电容的参数变化影响斩波器的工作可靠性。
b)所用功率半导体器件散热器带电，只能装在防爆壳内且与防爆壳隔离，所以造成控制器内组件的工作损耗转换成的热量较难散失到空气中，致使控制器防爆壳内温升很高，影响控制器防爆壳内电子器件正常工作。
c)SCR驱动控制板多为分立元件组成的模拟控制板，对元件参数的变化很敏感，一般来说工作可靠性不高。
d)给定为调磁方式，线性度较差。
e)受器件工作频率限制，斩波频率普遍不高，一般为50～250Hz，电流纹波较大，需要配平波电抗。
发明内容
针对以上不足，我们开发出数字控制IGBT斩波启动、调速控制器，控制器主电路原理示意图见图三。工作原理与SCR斩波器类似。这种控制器主要有以下特点本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是由滤波电容、直流牵引电机、霍尔电流传感器、绝缘栅型门极驱动双极晶体管(IGBT)串接，然后在直流牵引电机、霍尔传感器两端并接续流二极管构成主电路；由PWM数字控制器、输入传感器、以及霍尔电流传感器次边组成控制电路。通过编程，此IGBT斩波启动、调速器可实现输入电压过压保护、负载过流保护等功能。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是串电阻启动、调速器电路原理示意图图2是SCR斩波启动、调速器电路原理示意图。
图3IGBT斩波启动、调速器电路原理示意图。
图中1.滤波电容，2.续流二极管，3.直流牵引电机，4.霍尔电流传感器，5.绝缘栅型门极驱动双极晶体管(IGBT)，6.PWM数字控制器，7.输入传感器，8.指令开关。
具体实施方式
如图三，由滤波电容(1)、直流牵引电机(3)、霍尔电流传感器(4)、绝缘栅型门极驱动双极晶体管(IGBT)(5)串接，然后在直流牵引电机(3)、霍尔传感器(4)两端并接续流二极管(2)构成主电路；由PWM数字控制器(6)、输入传感器(7)、指令开关(8)以及霍尔电流传感器(4)次边组成控制电路。工作时，指令开关(8)闭合，PWM数字控制器(6)得到启动指令后通过霍尔电流传感器(4)检测出主电路电流值和输入传感器(7)输出值，根据二者差值，计算出PWM脉冲宽度值，经PWM数字控制器内部驱动器实时控制绝缘栅型门极驱动双极晶体管(IGBT)(5)的开通和关断，从而实时调节通过直流牵引电机(3)的电流值。续流二极管(2)作为绝缘栅型门极驱动双极晶体管(IGBT)(5)关断时负载续流之用。通过编程，此IGBT斩波启动、调速器可实现输入电压过压保护、负载过流保护等功能。
这种控制器主要有以下特点a所用功率半导体器件IGBT为全控型器件，无需附加的换流装置，简化了主电路。
b所用半导体器件采用模块化封装，元件散热底板与元件导电部分绝缘，功率半导体器件可以直接贴装在防爆壳内壁，功率器件的热量可以通过防爆壳体散失，所以控制器散热良好，大大降低了防爆壳内温升。
c)控制部分用INTEL 16位单片机实现数字化控制，脉冲调制方式采用PWM方式，针对牵引机车的特性，采用电流负反馈闭环控制，电流反馈信号取自性能良好的霍尔传感器。控制实时性好，控制精度高，工作稳定性得以明显提高。
d)给定信号采用线性位移传感器输入，线性度好。
e)斩波频率为SCR斩波器的几倍甚至几十倍，(考虑到元件的开关损耗与频率成正比，为了使开关损耗不致影响元件安全，我们选取为2kHz左右)，电流连续性好，纹波小，无需平波电抗。
f)由软件控制可以实现软起动，可以实现平滑调速，机车启动、调速过程中消除了冲击，车辆的运行平稳性，乘坐的舒适性得以大大提高。
g)实现了电接触头正常工作的无载分合，触头不易烧损，触头电寿命大大延长，几乎接近触头的机械寿命。这样减少了机车的维护工作量。
权利要求1.一种隔爆型蓄电池工矿电机车斩波司控器，它包括滤波电容(1)、直流牵引电机(3)、霍尔电流传感器(4)等，其特征是由滤波电容(1)、直流牵引电机(3)、霍尔电流传感器(4)、绝缘栅型门极驱动双极晶体管(IGBT)(5)串接，然后在直流牵引电机(3)、霍尔传感器(4)两端并接续流二极管(2)构成主电路；由PWM数字控制器(6)、输入传感器(7)、指令开关(8)以及霍尔电流传感器(4)次边组成控制电路。
2.根据权利要求1所述的隔爆型蓄电池工矿电机车斩波司控器，其特征是续流二极管(2)作为绝缘栅型门极驱动双极晶体管(IGBT)(5)关断时负载续流之用。
专利摘要一种隔爆型蓄电池工矿电机车斩波司控器，涉及隔爆型蓄电池工矿电机车司控器，尤其用于在爆炸性气体环境中工作的电机车启动、调速。它包括滤波电容(1)、直流牵引电机(3)、霍尔电流传感器(4)等，其特征是由滤波电容(1)、直流牵引电机(3)、霍尔电流传感器(4)、绝缘栅型门极驱动双极晶体管(IGBT)(5)串接，然后在直流牵引电机(3)、霍尔传感器(4)两端并接续流二极管(2)构成主电路；由PWM数字控制器(6)、输入传感器(7)、指令开关(8)以及霍尔电流传感器(4)次边组成控制电路。此IGBT斩波启动、调速器可实现输入电压过压保护、负载过流保护等功能。
文档编号H02P7/298GK2879530SQ20052005289
公开日2007年3月14日 申请日期2005年12月27日 优先权日2005年12月27日
发明者刘启先, 刘柏, 徐球君 申请人:湘潭电机股份有限公司