CN103569142A - 一种电机车变频调速综合电气控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种电机车变频调速综合电气控制系统。该控制系统包括控制电气汇总板、主腔体组合件、变频系统组合、司控操作系统组件、主盖板组合件、电源汇总板以及辅助司控器。该控制系统适用于煤矿井下蓄电池机车的变频调速综合电气控制，包含逆变式变频调速、司控，蓄电池综合监控，空压机压力、温度控制，速度检测控制，瓦斯监测控制，机车车灯，喇叭等综合控制。该控制系统体积小巧、集成度高、安全可靠、操作简单。

Description

一种电机车变频调速综合电气控制系统

技术领域

本发明涉及对蓄电池供电的电机车的电气控制技术领域，特别涉及一种电机车变频调速综合电气控制系统。

背景技术

目前，现有的蓄电池供电的电机车控制器主要有两种型号：一种是用电阻限流来实现电机车调速的能耗制动，一种是用大功率电子元件驱动，它们的速度快慢通过IGBT斩波调节。传统的能耗制动由于是用电阻吸收能量来实现控制，起动冲击大，机械损耗高，单一机械制动，同时调速方面为有级调速，在能耗方面，电阻调速方式能耗高。采用斩波调速可节约30%的能耗费用，以电阻调速控制器为例，制动种类为单一机械制动，调速方式为有级调速无给定方式，起动牵引性能低，起动冲击大，机械磨损大，故障率高，无电流制动方式，通断情况为有弧通断，由此产生了维修频繁停产误工时间长的缺陷。

因此提供一种能耗小、效率高的电机车变频调速综合电气控制系统，已成为急需解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种电机车变频调速综合电气控制系统，该控制系统适用于煤矿井下蓄电池机车的变频调速综合电气控制，包含逆变式变频调速、司控，蓄电池综合监控，空压机压力、温度控制，速度检测控制，瓦斯监测控制，机车车灯，喇叭等综合控制。

为达上述目的，本发明采取如下方案：

一种电机车变频调速综合电气控制系统，该控制系统包括控制电气汇总板、主腔体组合件、变频系统组合、司控操作系统组件、主盖板组合件、电源汇总板以及辅助司控器，其特征在于：

控制电气汇总板、变频系统组合、主盖板组合件以及司控操作系统组件通过安装螺钉固定在主腔体组合件上；

变频系统组合与司控操作系统组件相连，该变频系统组合包括控制电路、IGBT模块、滤波电容、电流传感器；

司控操作系统组件包括单片机、压力传感器、电压传感器、转速传感器、温度传感器、瓦斯传感器，以及5个控制输出端分别是速度报警输出端、瓦斯报警输出端、空压机控制输出端、空腔温度控制输出端以及电压保护输出端；

辅助司控器与司控操作系统组件相连。

本发明具有以下优点和积极效果：

1）调速平稳，调速范围大，调速精度高：DTC控制技术能使三相交流电机达到和超过直流电机的启动转矩（如1HZ时最大转矩达额定值的300％，是直流电机的1.5倍），满足电机车在低速时的最大起动牵引力，使机车带重载起动强劲有力，避免重载启动困难及弯道卡死；同时采用回馈制动方式将制动时电动机产生的电能回馈至蓄电池（回馈制动力矩约为正常力矩的15%-20%）。可实现0-50Hz无级调速。

2）工作电压范围宽：正常工作电压范围为U额（1±25%）。

3）能耗低，效率高: 由于没有起动电阻，故能节省一部分电能。同时，脉冲调速比串电阻调速的起动效率和调速效率也提高了20％左右。

4）集成度高: 包含变频调速、司控，蓄电池综合监控，空压机压力、温度控制，速度检测控制，瓦斯监测控制，机车车灯，喇叭等综合控制。

5）安全可靠:具备完善的保护功能，过流、过压、欠压、过载保护功能齐全。

6）操作简单：所有功能均可通过外置按钮或手柄完成，无需其他繁琐的操作程序。

7）体积小巧：高×宽×厚=890×645×330mm。

附图说明

图1为本发明的电机车变频调速综合电气控制系统的主机结构图；

图2为本发明的控制系统的工作原理图；

图3为本发明的控制系统的控制示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

该电机车变频调速综合电气控制系统的主机结构图如图1所示。该控制系统包括控制电气汇总板1、主腔体组合件2、变频系统组合3、司控操作系统组件4、主盖板组合件5、电源汇总板6。如图1所示，首先将控制电气汇总板1、变频系统组合3通过安装螺钉安装在主腔体组合件2，上述过程完整正确安装完毕后，将主盖板组合件5、司控操作系统组件4安装在主腔体组合件2上。

该控制系统的工作原理图如图2所示。变频系统组合与司控操作系统组件相连，该变频系统组合包括控制电路、IGBT模块、滤波电容、电流传感器。司控操作系统组件包括单片机、压力传感器、电压传感器、转速传感器、温度传感器、瓦斯传感器，以及5个控制输出端分别是速度报警输出端、瓦斯报警输出端、空压机控制输出端、空腔温度控制输出端以及电压保护输出端。辅助司控器与司控操作系统组件相连。

该控制系统的控制示意图如图3所示。

变频系统组合采用DTC（直接转矩控制）变频调速技术，主要零部件包括控制电路、IGBT模块、滤波电容以及电流传感器，这些零部件均选用进口高性能优质产品，功能完善可靠性高。DTC控制技术可以能使三相交流电机达到和超过直流电机的启动转矩（如1HZ时最大转矩达额定值的300％，是直流电机的1.5倍），满足电机车在低速时的最大起动牵引力，使机车带重载起动强劲有力，避免重载启动困难及弯道卡死；同时采用回馈制动方式将制动时电动机产生的电能回馈至蓄电池（回馈制动力矩约为正常力矩的15%-20%）。可实现0-50Hz无级调速，调速平稳，调速范围大。它与传统的直流机车系统比较，有交流电机可靠性高、司控器寿命长（采用微动开关，无触头磨损)、不用高耗能调速电阻、运行维护成本低等特点。

司控操作系统组件包括单片机、压力传感器、电压传感器、转速传感器、温度传感器、瓦斯传感器，以及5个控制输出端分别是速度报警输出端、瓦斯报警输出端、空压机控制输出端、空腔温度控制输出端以及电压保护输出端。

其中电压传感器能够精确测量机车蓄电池电压、蓄电池电量，并获得机车蓄电池电极绝缘电阻、机车电机绝缘电阻，通过司控操作系统组件调整电压保护输出端的输出控制信号，来避免机车蓄电池过放电，从而延长蓄电池的使用寿命。

司控操作系统组件能够采集瓦斯传感器的频率信号，并能根据预设定的瓦斯浓度控制点自动切断或恢复控制系统的对外供电。从而实现瓦斯断电保护的目的。

司控操作系统组件能够采集机车转速传感器输出的频率信号，并能根据预设定的速度控制点调节蓄电池机车的电机正转、反转、转速，从而实现机车控制，防止蓄电池机车的运行速度过快而发生危险。

司控操作系统组件能够采集温度传感器输出的电流信号，并能根据预设定的温度控制空腔温度控制输出端的输出，防止控制箱内的温度过高而引起控制箱运行故障。

控制系统内置电路能够根据调速电位器的输出电阻控制相应照明灯及警示灯的工作电源，从而实现照明灯及警示灯的自动控制。当按下喇叭控制按钮时，喇叭的电源接通，喇叭报警；当松开时，电源断开，喇叭停止报警。

司控操作系统组件能够采集机车制动用空压机出口温度及压力传感器输出的电流信号，并根据预设的温度及压力控制点控制该空压机工作电源，从而起到自动控制空压机的目的，也可通过控制系统操纵面板上的手动手柄，手动控制空压机的运行。

本发明除了使用在煤矿井下的蓄电池机车的进行变频调速及综合控制外，还可以用在其他的直流工作的设备的变频调速场合。

本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (1)

1.一种电机车变频调速综合电气控制系统，该控制系统包括控制电气汇总板、主腔体组合件、变频系统组合、司控操作系统组件、主盖板组合件、电源汇总板以及辅助司控器，其特征在于：

控制电气汇总板、变频系统组合、主盖板组合件以及司控操作系统组件通过安装螺钉固定在主腔体组合件上；

变频系统组合与司控操作系统组件相连，该变频系统组合包括控制电路、IGBT模块、滤波电容、电流传感器；

司控操作系统组件包括单片机、压力传感器、电压传感器、转速传感器、温度传感器、瓦斯传感器，以及5个控制输出端分别是速度报警输出端、瓦斯报警输出端、空压机控制输出端、空腔温度控制输出端以及电压保护输出端；

辅助司控器与司控操作系统组件相连。

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