专利名称：地铁施工运输机车交流变频调速装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种适用于地铁施工用蓄电池机车交流调速装置。
技术背景随着城市地铁建设的飞速发展，施工中采用的直流牵引运输机车已不 能满足形势的要求，其固有的功率等级难以提高，电机维修量大，开环控制 转矩不受控，牵引性能欠佳等缺点逐渐地凸现出来。发明内容针对地铁施工中现有直流牵引机车存在的缺陷，本实用新型的目的旨在 提供一种地铁施工运输机车交流变频调速装置。其结合计算机智能控制，用 直流逆变技术取代原系统采用的直流触点式控制方式。本实用新型的目的是通过以下措施来实现一种地铁施工运输机车交流变频调速装置，呈箱体式结构，功率器件直 接安装在箱体内散热器上，分三路，每路由4块功率器件并联，分别接电机 的三相绕组，功率管由计算机智能控制板来驱动；充电电阻并接在可控硅两 端，电源通过可控硅直接给电容供电，电容存储能量同时给制动单元、逆变 单元供电，均压电阻分别并接在两路串联电容上，逆变单元由控制板触发导 通关断，控制板装在控制板安装板上，霍尔传感器与电机连接，输入端子和 逆变输出端子分别设置箱体两侧，箱体端面设有人机对话窗口和控制端口， 散热器后面装有风机。输入直流电通过输入端子铜排引入，通过可控硅直流 开关控制输入到电容、逆变单元和制动单元，制动单元输出通过铜排引到电 源和制动端口接制动电吗，逆变单元输出通过铜排引到逆变输出端子去接电 机。控制安装板和控制板在逆变单元和制动单元的正前面，人机对话窗口安 装于控制安装板上。工作原理功率器件直接安装在箱体内散热上，散热器后面由风机带走功率器件产生的损耗热量。功率器件采用德国西门康SKM400GB128D型号的IGBT，每路由4块功率器件并联，容量可达300KVA。功率管由计算机智能控制板来驱动， 控制板产生的P丽开关脉冲，通过功率管的开关作用，输出产生脉宽同步变 化的电压信号，通过电机的电感作用，产生幅值和频率可调的正弦波电流信 号，使被驱动的电机转速同步变化。主回路采用独特的重叠式母板结构，输 入和输出分别设置主箱体两侧，直流电源和交流输出垂直布置，这些都最大 限度的减小了布线电感和干扰，保证了整个装置的可靠性。..其工作过程是，当电源供电进来以后，打开装置充电开关，通过充电电 阻把电压加到电容和IGBT上，此时主电路和控制电路有电，装置做好了运行 准备，需要运行装置时，有外接司控器给定前进或后退方向，控制板发出信 号，打开直流开关-一可控硅，短接充电电阻，此时直流电直接供给电容和主 功率器件IGBT，此时由外接速度手轮给定运行速度，由控制板发出驱动信号， 驱动主功率器件，输出三相电压和频率同步变化的交流电供给电机。电机速 度逐步提高，逼近目标速度。本实用新型的优点和产生的有益效果1、 主回路采用重叠式母板结构，最大限度地减小了布线电感和干扰，降 低了功率器件的di/dt、 du/dt，保证了功率器件的可靠工作；2、 整个装置安装于弹性缓冲器上，吸收了车辆运行过程中各个方向的振 动，保证了装置内功率器件和连接件的紧固；3、 内部连接全部使用铜板并挂锡，利用铜排的延张性吸收了由于热胀冷 縮对功率管的应力，同时最大限度的减小了由于连接电阻造成的发热。4、 解决了地铁施工运输机车功率低的难题，施工进度和效率大大提高。5、 故障率比直流触点式调速系统低、可靠性高，在现有地铁车辆调速系 统中性价比是最优的方式，具有广泛的应用前景。
图l是本实用新型结构示意图。
具体实施方式
本实用新型各器件说明1、箱体，采用3mm钢板压制、焊接而成，起到承载作用，所有元器件都 安装在箱体内散热器上，冷却系统在其后面，接口端子分别布置于箱体两侧，保证了整个装置的坚固性和外接控制的方便性。2、 内散热器，功率器件全部直接安装在散热器面上，并在功率器件的 接触面涂上导热硅脂，保证功率器件产生的损耗热量传导到散热器上，散热 器采用翅片式铝合金高导热型，风机安装在箱体的后面，采用抽板式风冷却， 空气由翅片底部进入，经过整个翅片从顶部抽出，保证功率器件产生的热量 被随时带走，翅片外侧由密封板压紧在翅片上，保证冷却空气经过整个翅片， 从下面进风，上面出风，进风和出风之间还加一道隔离板，使抽出的热空气 不被直接从进风口吸入。3、 直流开关-一-可控硅。充电电阻并接在可控硅两端，装置起动时控制板没电，可控硅没有触发信号，不能导通，此时电流通过充电电阻给电容 充电，电容电压逐步升高，当电压升到控制板的工作电压时，控制板工作， 给可控硅发出触发信号，可控硅导通，短接充电电阻，电源通过可控硅直接 供电给电容，装置做好了运行准备。4、 制动单元，当控制电机在下坡时处于发电机状态，此时不需要装置给 电机供电，电机反过来给装置供电，造成装置内部电容和IGBT电压过高，危 及装置运行安全。当控制板检测到内部电容电压超过设定值时，发出触发信 号给制动IGBT，接通制动电阻，通过制动电阻消耗多余电能，当控制板检测 到内部电容电压下降到设定值时，撤除触发信号，关闭制动IGBT，继续由装 置供电。这样保证电容电压在设定的范围内，保证装置运行安全。实现系统 的能耗制动。5、 逆变单元由控制板触发导通关断，输出产生三相交流电驱动电机。逆 变单元是本装置的核心，由12块IGBT组成的三相开关电路，每块IGBT都供 给直流电，输出组成三路分别接电机的三相绕组，控制板根据特定的算法控 制三路IGBT在不同的时刻导通和关断，在电机绕组上得到脉宽变化的脉冲信 号，通过电机的电感作用，输出幅值和频率同步变化的电流信号，控制电机 运行在设定速度上。6、 电容本装置采用电压型变流器。由于逆变时瞬时功率比较大，电 源不能提供，所以电源先给电容充电，能量存储在电容上，再由电容供电给 逆变单元。电容是电压型变流器的基本配置。7、 电源输入和制动接口是馈入直流电源和实现能耗制动外接制动电 阻的接口。8、 逆变输出端口 用来接电机三相绕组，驱动电机运行的主端口。9、 霍尔传感器 是用来检测电机电流的传感器，根据检测结果来控制电机运行和实现过流保护。10、 控制板安装板用来承载控制板，同时起到屏蔽作用。保证主回路 和控制电路不互相干扰。由于控制电路工作在高频状态，而主电路IGBT都是 电压型器件，大的干扰有可能造成IGBT误导通，造成装置损坏，控制电路和 主电路屏蔽隔离，可以提高整个装置的运行可靠性。11、 人机对话窗口，可监视整个装置的运行状态和参数调整功能，具有 优良的人机界面，各种故障都有特定的代码显示出来，判断故障十分方便。 其工作过程是，当电源供电进来以后，先通过充电电阻把电压加到电容和主 功率器件IGBT上，此时控制线路有电，当需要进行装置时，控制板发出信号， 打开直流开关---可控硅，短接充电电阻，此时直流电直接供给电容和主功率 器件IGBT，同时由控制板发出驱动信号，驱动主功率器件，给出三相交流电。12、 控制端口 采用连接方便的活动航空插头，外接控制信号通过此端 口输入，给定方向、速度等，控制装置运行。13、 控制板各种外接信号都输入到控制板，通过运算处理，输出驱动信 号，控制电机运行。14、 风机是整个装置的冷却系统，采用德国依必安高可靠性，高风量 风机，保证系统温度在正常范围内，使系统稳定运行。15、 充电电阻装置启动时通过电阻给电容充电，限制启动电流，启动完 后由可控硅短接，完成装置启动过程。16、均压电阻电容有两路串联而成，均压电阻分别并接在两路电容上， 消除由于电容漏电造成的两路电容电压不均恒。如图1所示， 一种地铁施工运输机车交流变频调速装置，呈箱体式结构， 功率器件直接安装在箱体l内散热器2上，分三路，每路由4块功率器件并 联，分别接电机的三相绕组，功率管由计算机智能控制板13来驱动；充电电 阻15并接在可控硅3两端，电源通过可控硅3直接给电容6供电，电容6存 储能量同时给制动单元4、逆变单元5供电，均压电阻16分别并接在两路串 联电容6上，逆变单元5由控制板13触发导通关断，控制板13装在控制板 安装板10上，霍尔传感器9与电机连接，输入端子7和逆变输出端子8分别 设置箱体1两侧，箱体1端面设有人机对话窗口 11和控制端口 12，散热器2后面装有风机14。输入直流电通过输入端子7铜排引入，通过可控硅3直流 开关控制输入到电容6、逆变单元5和制动单元4，制动单元4输出通过铜排 引到电源和制动端口 7接制动电阻，逆变单元5输出通过铜排引到逆变输出 端子8去接电机。控制安装板10和控制板13在逆变单元5和制动单元4的 正前面，人机对话窗口 11安装于控制安装板10上。电源通过电源输入和制动接口 7馈入，打开外接充电开关，通过可控硅 3,和充电电阻15接入电容6，电容6存储能量同时给制动单元4、逆变单元5 供电，控制电路启动工作，系统初始化。人机对话窗口 11显示处于跟踪状态， 由外接方向和速度控制器通过控制端口 12输入信号，控制板13根据该信号 控制逆变单元5IGBT工作，输出三相脉宽调制信号，通过逆变输出端口8供 给三相交流电机，电机根据设定速度旋转。当电机处于发电机状态时，能量 通过逆变端口 12和逆变单元5内部的整流电路将电机发出的三相交流电整流 为直流，叠加到电容6上，控制板13监测电容电压，当电容6电压超过设定 值时，控制板13驱动制动单元4工作，外接制动电阻通过输入端口7接入， 电容6上的能量被制动电阻消耗，电压下降，当达到控制板13设定的低值时， 关闭制动单元4，制动单元反复打开和关闭，使电容6上保持设定的电压。
权利要求1、一种地铁施工运输机车交流变频调速装置，其特征是呈箱体式结构，功率器件直接安装在箱体(1)内散热器(2)上，并分三路，每路由4块功率器件并联，分别接电机的三相绕组，功率管由计算机智能控制板(13)来驱动；充电电阻(15)并接在可控硅(3)两端，电源通过可控硅(3)直接给电容(6)供电，电容(6)存储能量同时给制动单元(4)、逆变单元(5)供电，均压电阻(16)分别并接在两路串联电容(6)上，逆变单元(5)由控制板(13)触发导通关断，控制板(13)装在控制板安装板(10)上，霍尔传感器(9)与电机连接，输入端子(7)和逆变输出端子(8)分别设置箱体(1)两侧，箱体(1)端面设有人机对话窗口(11)和控制端口(12)，散热器(2)后面装有风机(14)。输入直流电通过输入端子(7)铜排引入，通过可控硅(3)直流开关控制输入到电容(6)、逆变单元(5)和制动单元(4)，制动单元(4)输出通过铜排引到电源和制动端口(7)接制动电阻，逆变单元(5)输出通过铜排引到逆变输出端子(8)去接电机，控制安装板(10)和控制板(13)在逆变单元(5)和制动单元(4)的正前面，人机对话窗口(11)安装于控制安装板(10)上。
专利摘要本实用新型公开一种地铁施工运输机车交流变频调速装置，呈箱体式结构，功率器件直接安装在箱体内散热器上。功率管由计算机智能控制板来驱动；充电电阻并接在可控硅两端，电源通过可控硅直接给电容供电，电容存储能量同时给制动单元、逆变单元供电，均压电阻分别并接在两路串联电容上，逆变单元由控制板触发导通关断，控制板装在控制板安装板上，霍尔传感器与电机连接，输入端子和逆变输出端子分别设置箱体两侧，箱体端面设有人机对话窗口和控制端口。输入直流电通过输入端子铜排引入，通过可控硅直流开关控制输入到电容、逆变单元和制动单元，制动单元输出通过铜排引到电源和制动端口接制动电阻，逆变单元输出通过铜排引到逆变输出端子去接电机。本实用新型解决了地铁施工运输机车功率低的难题，施工进度和效率大大提高。
文档编号H02P27/04GK201113913SQ20072003274
公开日2008年9月10日 申请日期2007年8月20日 优先权日2007年8月20日
发明者周四清, 罗富兴, 军 马 申请人:兰州金牛轨道交通装备有限责任公司