专利名称：工矿用机车牵引变频器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机车变频调速控制领域，特别是一种工矿用机车牵引变频器。
背景技术：
目前，直流传动仍是我国工矿用机车牵引采用主要方式之一。但这种控制方式一直存在以下弊端1、维护成本高，直流电机上因为有易磨损的换向铜头、碳刷等，故障率高、维修费用高，其调速器由于是凸轮控制触头的通与断，在断开时产生的电弧，经常烧蚀触头，维修
工作量大。2、能耗大，直流电机启动、调速、制动采用电阻直接控制，能耗大。同时由于电阻发热导致电阻瓷架和电阻片烧坏。3、操控性能差，调速是有级的，不能均勻调速，启动不平稳，牵引性能差，同等功率条件下牵引力小，爬坡能力差。无能量回馈制动功能，制动动能造成机车更大磨损。随着电力电子技术和计算机技术的发展，矢量控制理论和直接转矩控制理论的应用，工矿用电机车的应用技术也在不断更新，国外以日本为例，1975年在调速领域，直流占89 %，交流占20 % ； 1985年交流占80 %，直流占20 %。到目前为止，日本除了个别的地方还继续采用直流电机驱动外，几乎所有的调速系统都采用交流变频装置。在国内，矿用电动车依然以使用直流调速机车为主。目前很多厂家都在加紧研制工矿用机车的交流变频调速系统。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是，针对工矿用机车现有调速方式相对落后的状况，提供一种可靠的工矿用机车牵引变频器，采用SVPWM控制技术，替代工矿用直流调速机车，达到提高效率、环保节能、方便操控、降低维护成本的目的。为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是包括机箱，机箱内部电气回路包括三相电压型逆变电路、DC/DC控制电源、SVPWM信号隔离及驱动电路、再生制动电路、三相电流及温度检测电路、电机转速检测电路、直流母线电压检测电路、DSP控制系统、机车状态显示和故障诊断电路、机车驾驶给定信号输入电路、通信电路，所述三相电压型逆变电路输入端接外接电源，输出端接两台交流异步电机；DC/DC控制电源、直流母线电压检测电路、三相电流及温度检测电路、电机转速检测电路接入DSP控制系统；DSP控制系统与制动电路、SVPWM信号隔离及驱动电路、机车状态显示和故障诊断电路连接，再生制动电路、SVPWM信号隔离及驱动电路接入三相电压型逆变电路；机车状态显示和故障诊断电路与DSP控制系统连接，通信电路与DSP控制系统双向连接。所述DSP控制系统为TMS320F2812芯片。通信电路采用CAN与SCI总线。 所述机箱为四腔体结构，控制腔位于机箱正面，散热腔位于控制腔背面，接线腔位于散热腔上部，电容腔位于控制腔下部。与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为在工矿机车恶劣的工矿条件下，本实用新型的牵引变频器驱动感应电机在电动/再生制动回馈等不同工况和大转速范围内高效率区运行，功率因数高，损耗小。额定工况下电机效率达到83%，逆变器效率大于 96%，系统效率80%。
图1为本实用新型的内部结构图；图2为本实用新型机箱内部电路结构框图。
具体实施方式
本实用新型机箱区隔为控制腔、散热腔、电容腔和接线腔，既保证防护要求也满足散热要求，方便实施与维护。参见图1，逆变器结构分为四个腔体，控制腔位于机箱正面，散热腔位于控制腔背面，接线腔位于散热腔上部，电容腔位于控制腔下部。控制腔装有功率模块3、控制回路4、固定支架6、母排8，控制回路4采用固定支架 6固定，功率模块3由母排8相连；散热腔由散热风扇5、散热器2组成；控制腔与散热腔由散热器2的中间铝板1隔开，中间铝板既作为主散热片又是功率模块3安装低板，风扇5用于加强散热效果。接线腔装于散热腔的上部，方便主回路的进出线通过电缆引入加紧装置7 与输出母排相连。主电容9安装在箱体底部的电容腔里，有利于箱体稳定性。控制腔与散热腔、接线腔、电容腔相接处均密封处理，控制腔达到IPM的防护等级，避免湿气和盐雾等不利因素对电子元器件的影响。参见图2，本实用新型的机箱内部电路包括三相电压型逆变电路1、SVPWM信号隔离及驱动电路2、再生制动电路3、三相电流及温度检测电路4、电机转速及温度检测电路5、 直流母线电压检测电路6、DC/DC控制电源7、DSP控制系统8、通信电路9、机车状态显示和故障诊断电路10、机车驾驶给定信号输入电路11。三相电压型逆变电路1的输入端接外接电源，输出经逆变后接两台异步交流电机；通过DSP控制系统8检测电机速度和电机运行状态，计算出电机效率最优的运行磁通，通过控制参考定子电流的磁通分量使电机效率优化， 运用矢量控制技术，产生的SVPWM信号，该信号经SVPWM信号隔离及驱动电路2后控制IGBT 功率模块，完成直流到交流转换；再生制动电路3实现异步电动机制动时将再生功率回馈给直流电源；三相电流温度检测电路4完成对三相电压型逆变电路1的三相电流、温度的检测，用霍尔传感器检测电流，电压互感器检测电压，温度检测是通过LM35温度传感器获得， 然后通过AD转换送入DSP控制系统；电机转速检测电路5通过编码器到电机的转速送入 DSP控制系统；直流母线电压检测电路6通过两个电阻分压之后，产生一个0-5V的直流电压经过AD转换后送入DSP进行处理；DSP控制系统8对电机进行电流、电压、温度检测后， 根据矢量控制算法进行分析计算，产生相应的SVPWM信号，实现对主电路的IGBT功率模块模块控制，产生2台异步三相电机所需的电压与频率；通信电路CAN总线及SPI接口电路9 完成DSP控制系统8与外部的通信。工矿用机车实时工作状态是通过机车状态显示电路10完成的。状态显示电路10与DSP控制系统8的通讯方式采用RS232串口通信方式。驾驶控制信号输入接口电路11采用光电耦合芯片PC817避免了外界对DSP控制系统8的干扰。 本实用新型中的DSP控制系统8采用美国德州公司的高速数字信号处理器DSP TMS320F2812，该芯片采用了高性能静态CMOS技术，低电压设计，核心电压1.8V，输入输出接口电压3.3V。采用哈佛总线结构。功率电路采用西门康公司功率模块SKM600GB126D，驱动电路也采用西门康的专用驱动板，驱动板内部有过电流、模块故障检测电路，可将检测信号送到DSP作中断处理。它由高速低工耗的管芯和优化的门级驱动电路以及快速保护电路构成。即使发生负载事故或使用不当，也可以及时保护使自身不受损坏。[0021 ] 本实用新型2008年5月安装在山西霍州某矿山的牵引机车变频器运行状况良好，由于采用交流电机，转子不损坏，调速器不用更换触头、导电板、凸轮基本不维修。闸瓦片基本不磨损，不需更换，一年节约的材料费可达10000元，相比较直流电阻调速机车，变频调速机车节电率为35%，按照每天运行16小时和年工作300日计算，电机功率为2X30KW的机车日节电336度，若电费按1元/度，每日节省电费336元，则一年节省电费100800元。表明系统具有较高的可靠性和实施性。
权利要求1.一种工矿用机车牵引变频器，包括机箱，机箱内部电气回路包括三相电压型逆变电路、DC/DC控制电源、SVPWM信号隔离及驱动电路、再生制动电路、三相电流及温度检测电路、电机转速检测电路、直流母线电压检测电路、DSP控制系统、机车状态显示和故障诊断电路、机车驾驶给定信号输入电路、通信电路，其特征在于，所述三相电压型逆变电路输入端接外接电源，输出端接两台交流异步电机；DC/DC控制电源、直流母线电压检测电路、三相电流及温度检测电路、电机转速检测电路接入DSP控制系统；DSP控制系统与制动电路、 SVPWM信号隔离及驱动电路、机车状态显示和故障诊断电路连接，再生制动电路、SVPWM信号隔离及驱动电路接入三相电压型逆变电路；机车状态显示和故障诊断电路与DSP控制系统连接，通信电路与DSP控制系统双向连接。
2.根据权利要求1所述的工矿用机车牵引变频器，其特征在于，所述DSP控制系统为 TMS320F2812 芯片。
3.根据权利要求1所述的工矿用机车牵引变频器，其特征在于，通信电路采用CAN与 SCI总线。
4.根据权利要求1至3之一所述的工矿用机车牵引变频器，其特征在于，所述机箱为四腔体结构，控制腔位于机箱正面，散热腔位于控制腔背面，接线腔位于散热腔上部，电容腔位于控制腔下部。
专利摘要本实用新型公开了一种工矿用机车牵引变频器，包括机箱，机箱内部电气回路包括三相电压型逆变电路、DC/DC控制电源、SVPWM信号隔离及驱动电路、再生制动电路、三相电流及温度检测电路、电机转速检测电路、直流母线电压检测电路、DSP控制系统、机车状态显示和故障诊断电路、机车驾驶给定信号输入电路、通信电路，本变频器功率分配平衡、起动力矩大、制动性能优越，操作简单方便，其性能指标达到了国内市场同类产品的先进水平。
文档编号H02P21/12GK202178736SQ20112031364
公开日2012年3月28日 申请日期2011年8月25日 优先权日2011年8月25日
发明者张胜勇 申请人:湖南鼎力电气系统有限公司