CN102497146A

CN102497146A - 隔爆型蓄电池电机车斩波调速控制器

Info

Publication number: CN102497146A
Application number: CN2011104180828A
Authority: CN
Inventors: 胡晓东
Original assignee: ZAOZHUANG LIANXIN INDUSTRIAL Co Ltd
Current assignee: ZAOZHUANG LIANXIN INDUSTRIAL Co Ltd
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2012-06-13

Abstract

一种隔爆型蓄电池电机车斩波调速控制器，该隔爆型蓄电池电机车斩波调速控制器无换向触点，采用多种传感器件对电路器件进行保护，启动平滑、调速可靠、结构新颖、简单，使用寿命长、效率高、故障率低、节约能源、降低消耗，包括外壳，外壳内的底部固定安装有滤波电容、斩波控制电路和开关电源，外壳内的中部固定安装有散热器和电流传感器，散热器上固定安装有调速IGBT模块、电制动IGBT模块和温控开关，外壳内的顶部安装有换向开关和速度给定装置，外壳外部顶端安装有换向手柄和调速手柄，换向开关与换向手柄相连，速度给定装置与调速手柄相连，外壳外部侧面固定焊接有接线盒，接线盒内电连接有电源。

Description

隔爆型蓄电池电机车斩波调速控制器

技术领域

本发明涉及一种蓄电池电机车控制器，尤其涉及一种隔爆型蓄电池电机车斩波调速控制器。

背景技术

目前，传统的隔爆型蓄电池电机车斩波调速控制器包括外壳、速度给定装置、换向触点、斩波器件、斩波控制电路、电源等部分，电机换向采用的是触点换向，依靠触点改变电流方向来实现电机换向。这种换向方式存在很多不足，如机械结构复杂、体积大，不便于拆装维修、存在机械摩擦导致使用寿命短、故障率高、不便于操作。速度给定装置采用干簧管有级可变电阻，这种速度给定方式存在很多不足，如体积大，不便于拆装维修、级数调速不平滑、可靠性低、故障率高。斩波控制电路采用开环控制，即由电路产生一个恒定的矩形脉冲信号，没有传感器，没有反馈信号，这种控制电路存在很多不足，如调速不平滑、启动时易过电流易损坏斩波器件及电动机。传统的隔爆型蓄电池电机车斩波调速控制器只能实现对电动机的启动、运行和换向，不能完成电动机的再生电气制动，因此不能节能降耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种隔爆型蓄电池电机车斩波调速控制器，该隔爆型蓄电池电机车斩波调速控制器无换向触点，采用多种传感器件对电路器件进行保护，启动平滑、调速可靠、结构新颖、简单，使用寿命长、效率高、故障率低、节约能源、降低消耗。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种隔爆型蓄电池电机车斩波调速控制器，包括外壳，外壳内的底部固定安装有滤波电容、斩波控制电路和开关电源，外壳内的中部固定安装有散热器和电流传感器，散热器上固定安装有调速IGBT模块、电制动IGBT模块和温控开关，外壳内的顶部安装有换向开关和速度给定装置，外壳外部顶端安装有换向手柄和调速手柄，换向开关与换向手柄相连，速度给定装置与调速手柄相连，外壳外部侧面固定焊接有接线盒，其特征是：接线盒内电连接有电源，电源两端并接滤波电容和开关电源的输入端，开关电源的输出端+15V、-15V、+24V、+5V、地与斩波控制电路的+15V、-15V、+24V、+5V、地端通过导线相连接，开关电源的输出端+15V、-15V、地与电流传感器和速度给定装置中的+15V、-15V、地端通过导线相连接，调速IGBT模块的四个单元通过导线连接成桥型，桥型电路中间的两个输出端分别接前电动机和后电动机的两极，前电动机和后电动机为并连关系，桥型电路的上下两个输入端接电源正负极，调速IGBT模块正极接电源的正极，调速IGBT模块负极接电源的负极，速度给定装置和换向开关的输出端与斩波控制电路的信号输入端通过导线相连接，斩波控制电路的斩波控制信号输出端与换向开关的输入端相连接，换向开关的输出端连接调速IGBT模块四个单元的控制极，电制动IGBT模块的控制极与斩波控制电路的电制动控制信号输出端相连接，温控开关的两端与斩波控制电路的温控信号输入端相连接，电制动IGBT模块的负极与电源正极相连接。

本发明是一种永磁式直流电机无触点斩波调速控制器，采用IGBT元件经过电路连接实现永磁直流电动机的换向，省去了触点和复杂的机械部分；本发明采用可变电容式速度给定器直接给斩波控制电路提供电压信号；斩波控制电路采用单片机闭环控制，单片机根据电流传感器、速度给定器及温控开关传来的电信号进行运算，输出控制IGBT元件的控制信号，蓄电池电源经过IGBT斩波，做到电动机恒电流启动、恒电压运行；本发明加装了再生电气制动系统，将电气制动产生的电能存储到电机车蓄电池中。

本发明从根本上解决了现有隔爆型蓄电池电机车斩波调速控制器存在的问题，结构简单、紧凑，操作方便，便于拆装维修、调速平稳，节约电能约12%，因为不用触点，所以耐用度高、使用寿命长，因为采用闭环控制，对电气元件有保护作用，因此故障率低。

附图说明

图1是本发明的电气原理图；

图2是本发明的主视结构示意图；

图3是本发明的剖视结构示意图。

附图中：

1、电机车蓄电池；2、开关电源；3、电流传感器；4、电制动IGBT模块；5、滤波电容；6、温控开关；7、调速IGBT模块；8、前电动机；9、后电动机；10、斩波控制电路；11、速度给定装置；12、换向开关；13、换向手柄；14、调速手柄；15、外壳；16、散热器；17、接线盒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述：

一种隔爆型蓄电池电机车斩波调速控制器，如图1、图2、图3所示，包括外壳15，外壳15内的底部固定安装有滤波电容5、斩波控制电路10和开关电源2，外壳15内的中部固定安装有散热器16和电流传感器3，散热器16上固定安装有调速IGBT模块7、电制动IGBT模块4和温控开关6，外壳15内的顶部安装有换向开关12和速度给定装置11，外壳15外部顶端安装有换向手柄13和调速手柄14，换向开关12与换向手柄13相连，速度给定装置11与调速手柄14相连，外壳15外部侧面固定焊接有接线盒17，接线盒17内电连接有电源，电源两端并接滤波电容5和开关电源2的输入端，开关电源2的输出端+15V、-15V、+24V、+5V、地与斩波控制电路10的+15V、-15V、+24V、+5V、地端通过导线相连接，开关电源2的输出端+15V、-15V、地与电流传感器3和速度给定装置11中的+15V、-15V、地端通过导线相连接，调速IGBT模块7的四个单元通过导线连接成桥型，桥型电路中间的两个输出端分别接前电动机8和后电动机9的两极，前电动机8和后电动机9为并连关系，桥型电路的上下两个输入端接电源正负极，调速IGBT模块7正极接电源的正极，调速IGBT模块7负极接电源的负极，速度给定装置11和换向开关12的输出端与斩波控制电路10的信号输入端通过导线相连接，斩波控制电路10的斩波控制信号输出端与换向开关12的输入端相连接，换向开关12的输出端连接调速IGBT模块7四个单元的控制极，电制动IGBT模块4的控制极与斩波控制电路10的电制动控制信号输出端相连接，温控开关6的两端与斩波控制电路10的温控信号输入端相连接，电制动IGBT模块4的负极与电源正极相连接。

电源正负极通过接线盒引入隔爆型蓄电池电机车斩波调速控制器内部，电流通过电制动IGBT模块4形成回路。

在图1中，虚线框内部分为本发明的内部电气原理图。电机车蓄电池1给蓄电池电机车供电。开关电源2将电机车蓄电池1提供的高电压直流电逆变成斩波控制电路10使用的+15V、-15V、+24V、+5V直流电。电流传感器3为霍尔电流模块，它套装在斩波调速控制器内部正极电源导线上，可将导线上流过的电流值转换成电压信号供斩波控制电路10使用。电制动IGBT模块4串接在主电路中，调速IGBT模块7分为4个单元，所有IGBT模块安装在一个散热器16上。滤波电容5并接在电路中，起稳定电源的作用。温控开关6为保护IGBT模块所设，它安装在散热器16上，当散热器16表面温度高于90℃时温控开关6动作。速度给定装置11的作用是将调速手柄14的位置信息转换成电压信号供斩波控制电路10使用。换向开关12为三位转换开关。斩波控制电路10主要由单片机组成，它可将来自各部分的信号运算，输出相应的IGBT模块控制信号。

蓄电池电机车停止时，换向开关12在中间零位，此时斩波控制电路10不输出信号，所有IGBT处于截止状态，电路中无电流。当蓄电池电机车需要运行时，将换向开关12扳到前进位，此时换向开关12接通斩波控制电路10，给调速IGBT模块7中对角两个单元提供触发信号。电路中的电流走向为：电机车蓄电池1正极→电制动IGBT模块4中的二极管→调速IGBT模块7对角两个单元中的上一个单元→两台电动机→调速IGBT模块7对角两个单元中的下一个单元→电机车蓄电池1负极。当控制信号发出时，电动机可正向转动，当需要换向时，将换向开关12扳到后退位，此时换向开关12接通斩波控制电路10，给调速IGBT模块7中另外对角两个单元提供触发信号，电路中的电流走向为：电机车蓄电池1正极→电制动IGBT模块4中的二极管→调速IGBT模块7对角两个单元中的上一个单元→两台电动机→调速IGBT模块7对角两个单元中的下一个单元→电机车蓄电池负极。当控制信号发出时，电动机中的电流走向与正向转动时相反，电动机反向转动，可实现对电动机的无触点换向。

速度给定装置11与调速手柄14连接，机车换向手柄13在向前或向后位置时，转动调速手柄14，速度给定装置11给斩波控制电路10的输出电压由零逐渐加大，速度给定装置11可将调速手柄14的转动角度指示的速度值转换为相应电压值供给斩波控制电路10中的单片机，单片机接到电压值后发出触发信号，相应的调速IGBT模块7单元开通，电路接通，电动机中有电流流过，电流传感器3可将电路中的电流值转换成电压信号传递给单片机，当电动机电流上升到设定值（取永磁式直流电动机的最大启动电流）时，单片机停止触发信号，斩波电路断电，当电流值小于设定值时，单片机发出触发信号，使斩波电路通电，重复上述过程，这样电动机为恒电流启动。电动机端电压不断升高；当电动机端电压达到速度给定装置指示的速度值所对应的电压值时，单片机转为恒电压控制（与恒电流启动过程相同），电压恒定在速度给定装置指示的速度值所对应的电压值上。电动机运行中，当电动机实际电流大于电动机小时制电流值（即小时制工作状态下的电流值）时，单片机转为上述恒电流控制。

考虑到长时间恒电流运行会损坏电动机等电气部分，控制系统对大电流启动限时两分钟。当电动机恒电流运行时间超过两分钟时，单片机停止触发信号，电路关断，电机车停止，操作者需将速度给定装置回零后重启动，单片机才可启动。

本发明长时间工作在大电流状态下，IGBT模块会发热，当IGBT模块的散热器16表面温度大于90℃时，温控开关６动作，单片机得到信号后停止触发信号，本发明停止工作，当温度小于90℃时，温控开关６回位，调速手柄14回零，本发明即可工作。

电机车以较高速度运行需要电制动时，司机将调速手柄14回零，斩波控制电路10收到指令后，单片机停止对调速IGBT模块7的触发，永磁直流电动机工作在发电状态，根据电流传感器３提供的电流参数，单片机对电制动IGBT模块４触发，控制方式同电动机恒电流启动，永磁直流电动机作为电源在电制动IGBT模块４的斩波下给电机车蓄电池恒电流充电，充电电流使电动机产生与电动机转向相反的力矩，实现了再生电气制动。

Claims

1. 一种隔爆型蓄电池电机车斩波调速控制器，包括外壳（15），外壳（15）内的底部固定安装有滤波电容（5）、斩波控制电路（10）和开关电源（2），外壳（15）内的中部固定安装有散热器（16）和电流传感器（3），散热器（16）上固定安装有调速IGBT模块（7）、电制动IGBT模块（4）和温控开关（6），外壳（15）内的顶部安装有换向开关（12）和速度给定装置（11），外壳（15）外部顶端安装有换向手柄（13）和调速手柄（14），换向开关（12）与换向手柄（13）相连，速度给定装置（11）与调速手柄（14）相连，外壳（15）外部侧面固定焊接有接线盒（17），其特征是：接线盒（17）内电连接有电源，电源两端并接滤波电容（5）和开关电源（2）的输入端，开关电源（2）的输出端+15V、-15V、+24V、+5V、地与斩波控制电路（10）的+15V、-15V、+24V、+5V、地端通过导线相连接，开关电源（2）的输出端+15V、-15V、地与电流传感器（3）和速度给定装置（11）中的+15V、-15V、地端通过导线相连接，调速IGBT模块（7）的四个单元通过导线连接成桥型，桥型电路中间的两个输出端分别接前电动机（8）和后电动机（9）的两极，前电动机（8）和后电动机（9）为并连关系，桥型电路的上下两个输入端接电源正负极，调速IGBT模块（7）正极接电源的正极，调速IGBT模块（7）负极接电源的负极，速度给定装置（11）和换向开关（12）的输出端与斩波控制电路（10）的信号输入端通过导线相连接，斩波控制电路（10）的斩波控制信号输出端与换向开关（12）的输入端相连接，换向开关（12）的输出端连接调速IGBT模块（7）四个单元的控制极，电制动IGBT模块（4）的控制极与斩波控制电路（10）的电制动控制信号输出端相连接，温控开关（6）的两端与斩波控制电路（10）的温控信号输入端相连接，电制动IGBT模块（4）的负极与电源正极相连接。