专利名称：直接转矩控制牵引变频调速系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种直接转矩控制牵引变频调速系统。直接转矩控制变频调速技术是继矢量控制变频技术后发展起来的一种新型具有高性能的交流变频调速技术。
背景技术：
目前，通用型变频器在我国许多领域已得到广泛应用，但在作为牵引电气传动一个大领域，矿用牵引电机车方面却为鲜见，国内工矿使用的电机车，大都采用直流传动，调速方式绝大部分采用串并电机和调电阻的方法，效率低、耗电多，系统维护费用高，成本增加。在控制性能方面，也存在速度冲击大，低速电制动时电制动力不够的缺点，即便是直流斩波调速系统依然存在着直流电机固有的先天缺陷。国外大多直流调速系统基本被交流变频调速系统取代，交流变频调速的矿用电机车也得到广泛应用。国内工矿电机车的调速系统已到了必须更新换代的时候。至今国内还没有此类成熟的技术或产品，国外的产品价格贵，而且不能满足国内的工矿。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种满足工矿牵引电机车要求的直接转矩控制牵引变频调速控制系统本实用新型的目的是通过如下途径实现的一种直接转矩控制牵引变频调速系统，它主要由司控器，变频器，制动单元构成，司控器把控制信号通过线缆传送给变频器，同时变频器把故障信号送给司控器显示。变频器的控制芯片包含了 FLASH、CAN通信接口、串口通信接口及JTAG接口。本实用新型的特点如下1、整体特点采用直流转矩控制交流变频变压调速方式，整个系统具有结构简单紧凑、效率高、响应快、调速范围广、保护功能完善等特点。2、技术特点提出了一种利用神经网络建立直接转矩控制系统的定子磁链模型， 并用离线训练的方法来处理直接转矩控制系统中复杂的数学运算，对直接转控制系统的动态性能有所改善，神经网络用于变频器的状态选择中，以其较强的学习能力、自适应能力、 自组织能力及容错能力获得较好的控制效果，利用神经网络具有强鲁棒性、并行计算、自学习的优势，根据直接转矩控制的特点，将神经网络DTC分为多个子神经网络分别训练，能够利用神经网络的优势可以改变直接转矩控制系统的性能。它具有控制系统结构简单、控制手段直接、信号处理的物理概念明确等特点。该控制系统的转矩响应迅速，无超调，是一种具有较高动态性能的交流调速方法。3、通讯设计采用CAN通信，CAN总线具有实时性好、可靠性高、抗干扰能力强、传输距离远、通讯速度快、采用短信息帧结构和多主通信方式以及可使用多种通信介质等许多优点。4、结构设计为提高系统可靠性，合理地优化设计了内部结构。变频器结构分为上下两个部分，中间铝板既作为主散热片又是安装底板，采用铝板提高散热效果，减轻重量。 主板下半部分是散热片，上半部分是主电路部分。散热片是嵌入铝板中间的，可以加强热传导，加强散热效果。上半部分与外界空气隔离，避免湿度和盐雾等不利因素对电子元器件的影响。由于变频器内部主要发热元件是功率模块，因此主要考虑功率模块加整体散热片，外加强制风冷散热。5、硬件设计主要考虑合理的实现需要的功能，尽可能优化设计电路。6、节约能源直接转矩控制技术的变频调速电机车与同吨位级别的电阻调速电机车相比运行时节能50%以上。本实用新型的有益效果交流变频电机车采用直接转矩控制交流变频调速方式调速，用三相异步交流变频牵引电机作为主牵引电机。调速装置将稳定的直流电变成一定频率的交流电的同时，可根据电机车的实际需要，变化牵引电机的电压频率值，实现电机车的调速控制，系统简单。与电阻调速电机车相比，此过程无外加电阻参加，故无外加电阻损耗， 与斩波调速直流电机车相比，因其控制过程简单，元器件的损耗远远低于直流电机车斩波调速，故其节能性能优于前二者。其节能性与电阻调速相比，将节能30% -50%以上，与斩波调速车相比节能20% -30%以上。
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明
图1为本实用新型方框示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型直接转矩控制牵引变频调速系统它主要由司控器，变频器，制动单元构成。司控器把控制信号(正转，反转，档位，制动，工作停止)通过专用的线缆传送给变频器，同时变频器把故障信号送给司控器显示，如过流，过压。司机控制台由司机操作向变频器发出前进或后退、牵引或制动指令，以及牵引或制动给定。高压箱在变频器的控制下完成主回路的充、放电以及闭合主回路。变频器接受司机控制台指令，完成交流电机M1、M2控制。制动电阻箱用来消耗电制动时电网不能吸收的电能，M1、M2是交流变频牵引电机。变频器根据司控器给定的状态动作如前进、后退，或前进。变频器采用TI公司变频器专用的DSP作为主控制器，直流侧电压、输出的三相电流以及电机的转速，IGBT的温度检测信号通过调理电路送到DSP，调理电路的作用主要是把信号调整到DSP相应的检测范围。变频器的控制芯片包含了 FLASH，可以保存一些重要参数，防止断电后丢失，外部还有一片IIC芯片，DSP通过SPI接口与IIC芯片连接，重要的参数也可以保存在IIC芯片里面。变频器的主板上包含了 CAN通信接口，可以把参数通过CAN接口传给上位机，实现工矿整体的调度。变频器的主板上包含了串口通信接口，主要是用来作显示，键盘的输入，方便现场
调试ο[0020]变频器的主板上包含了 JTAG接口，方便对变频器的软件进行升级。变频器的主板上包含了有硬件过流、过压检测，采用用硬件和软件结合的方案对输出的电流，直流侧的电压进行监测。一旦出现故障，DSP立即把主电路断开以及使IGBT关断。变频器采用矢量控制，结合反电势定向技术，计算出反电势位置，以反电势为基础，计算出力矩电流和磁场电流，进行力矩电流闭环调节和动态磁通补偿；同时考虑国内生产电机参数差异大，利用电机无功模型的模糊参数自校准技术，自动调节电机控制参数，使变频器性能不随电机参数和温度变化。
权利要求1.一种直接转矩控制牵引变频调速系统，其特征在于它主要由司控器，变频器，制动单元构成，司控器把控制信号通过线缆传送给变频器，同时变频器把故障信号送给司控器显不。
2.如权利要求1所述的直接转矩控制牵引变频调速系统，其特征在于变频器的控制芯片由FLASH、CAN通信接口、串口通信接口及JTAG接口构成。
专利摘要本实用新型涉及一种直接转矩控制牵引变频调速系统。它主要由司控器，变频器，制动单元构成，司控器把控制信号通过线缆传送给变频器，同时变频器把故障信号送给司控器显示。与电阻调速电机车相比，此过程无外加电阻参加，故无外加电阻损耗，与斩波调速直流电机车相比，因其控制过程简单，元器件的损耗远远低于直流电机车斩波调速，故其节能性能优于前二者。其节能性与电阻调速相比，将节能30％-50％以上，与斩波调速车相比节能20％-30％以上。
文档编号H02P27/06GK201994913SQ20102017583
公开日2011年9月28日 申请日期2010年4月30日 优先权日2010年4月30日
发明者姜剑 申请人:湘潭鑫科电气有限公司