CN202488404U - 隔爆型变频调速器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种隔爆型变频调速器，应用于煤矿蓄电池机车，所述机车采用鼠笼式电机作为牵引电机，所述变频调速器至少包括：用于控制调速的处理器；用于发送调节指令的控制面板，所述控制面板电性连接于所述处理器；主电路，连接外部三相电源；以及用于控制电机电源的频率的变频器，所述变频器连接于所述主电路和鼠笼式电机之间。更好的，所述主电路包括整流电路、滤波电路和逆变电路，所述逆变电路采用大功率IGBT作为开关器件。借此本实用新型通过对功率开关通断时间的控制实现调速，能量利用率高，具有很好的节能效果，且可以大大提高机车的安全性及可靠性。

Description

隔爆型变频调速器

技术领域

本实用新型涉及隔爆型机车调速系统，尤其涉及一种隔爆型变频调速器。

背景技术

随着交通运输工具的发展，各种煤矿用机车也成为煤矿运输的重要工具，其速度、稳定及节能等各方面性能都是衡量其自身实用性的主要指标。以5T或8T隔爆型蓄电池电机车为例，这两种电机车一直采用电阻调速装置，即在电源和牵引电动机之间串联可变电阻器，通过调整可变电阻值的大小来改变牵引电动机的端电压，以此达到调速的目的。在调速过程中会有15％～30％的电能损耗在电枢回路串联的电阻上。由于该控制器靠动、静触头的分断、闭合来实现电机车的起动、调速、前进和后退，因此，启动电流大、触头磨损、烧损严重，造成触头更换量大，维修成本高。

综上可知，现有的电机调速装置，在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

实用新型内容

针对上述的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种隔爆型变频调速器，其不仅具有较好的节能效果，还可以提高机车的安全性及可靠性，降低维护成本。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种隔爆型变频调速器，应用于煤矿蓄电池机车，所述机车采用鼠笼式电机作为牵引电机，所述变频调速器至少包括：

用于控制调速的处理器；

用于发送调控指令的控制面板，所述控制面板电性连接于所述处理器；

主电路，连接外部三相电源；以及

用于控制电机电源的频率的变频器，所述变频器连接于所述主电路和鼠笼式电机之间。

根据本实用新型的隔爆型变频调速器，所述主电路包括整流电路、滤波电路和逆变电路，所述逆变电路采用大功率IGBT作为开关器件。

根据本实用新型的隔爆型变频调速器，所述变频调速器还包括一用于显示所述机车运行参数和/或故障代码的显示屏。

根据本实用新型的隔爆型变频调速器，所述控制面板上设有：

用于指示所述变频调速器工作状态的LED指示灯；

用于调试所述控制面板的测试孔；

用于控制所述机车运行速度和/或方向的操作部。

根据本实用新型的隔爆型变频调速器，所述操作部包括：

用于控制所述机车运行方向的调向手柄；

用于控制所述机车运行速度的调速手柄；

用于控制所述机车头灯的灯源开关。

根据本实用新型的隔爆型变频调速器，所述调向手柄和调速手柄互锁。

根据本实用新型的隔爆型变频调速器，所述处理器为DSP处理器。

根据本实用新型的隔爆型变频调速器，所述变频调速器还包括用于测试所述机车速度的速度传感器，所述速度传感器连接于所述处理器。

本实用新型通过对变频器控制鼠笼式电机的电源频率，进而实现对电机的速度调节。具体的，变频调速器主要通过一处理器来实现指令的交互，借由控制面板发送调速指令，处理器将相应的指令识别后即控制变频器及主电路改变鼠笼式电机的电源频率，借此实现调速动作。更好的，主电路中具有逆变电路，其采用大功率IGBT作为开关器件，借此本实用新型通过对功率开关通断时间的控制实现调速，能量利用率高，具有很好的节能效果，且可以大大提高机车的安全性及可靠性。

附图说明

图1是本实用新型的隔爆型变频调速器的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例的控制面板的结构示意图；

图3是本实用新型一实施例的操作部的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施案例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参见图1，本实用新型提供了一种隔爆型变频调速器100，其主要应用于煤矿用蓄电池机车，且该机车采用鼠笼式电机200作为牵引电机，变频调速器100可以调节鼠笼式电机200的输入电源的频率以调节其运行速度，每部机车具有两台隔爆型变频调速器100。所述变频调速器100至少包括：

处理器10，用于实现变频调速器100的整体调速控制，其可以进行编码/译码指令、编程逻辑控制等。具体应用中，该处理器10优先采用DSP(数字信号处理)处理器，其接收控制面板20的操作指令，对主电路30和变频器40控制调节，借此实现对鼠笼式电机200的控制调速。

控制面板20，用于发送调控指令，该控制面板20电性连接于处理器10，是用户直接操作进而实现控制的部件。其可以发出调速、调向及头灯开关控制等指令，所述指令经处理器10编码或译码后控制主电路30和变频器40实现调速。

主电路30，内部具有整流电路、滤波电路和逆变电路等，其外部连接三相交流电源，且该三相交流电源由机车内安装的蓄电池提供。三相电源经主电路30对相应的变换后，受变频器40的控制作用于鼠笼式电机200。

变频器40，用于接收处理器10的控制信号，对作用于鼠笼式电机200的电源进行频率控制，借此实现调速控制。

优选的是，主电路30中的逆变电路部分采用大功率IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)作为开关器件，处理器10对该开关器件进行控制，通过对功率开关通断时间的控制实现调速，能量利用率高，具有很好的节能效果，且可以大大提高机车的安全性及可靠性。

本实用新型的一实施例中，隔爆型变频调速器100还具有一显示屏50，其可以显示变频调速器100所在机车的运行参数和/或故障代码。机车的运行参数具体包括：电源电压、温度、电机电流基波有效值、机车运行速度，其可以通过相应的传感器获取数据，比如电流传感器、温度传感器等。优选的，如果电源电压过低，显示屏50显示的电源电压参数会闪烁报警，借此能让用户及时发现出现的问题。变频调速器100还设有一速度传感器60，连接于处理器10，用于测试机车的速度，并将速度数据传送到处理器10，提供变频调速器100的速度控制数据。优选的是，鼠笼式电机200与其供电电路之间连接有隔爆式输入、输出端子排，借此使其具有较好的隔爆性能。

图2是本实用新型的一实施例的控制面板20的结构示意图，该控制面板20包括：LED指示灯21、测试孔22及操作部23。其中，LED指示灯21用于协助指示变频调速器100的工作状态及故障原因，使用户能更快了解变频调速器100的工作状态及故障原因，测试孔22用于测试部分相关参数，从而调试控制面板20。操作部23主要用于控制机车的运行速度和/或方向，其具体的结构如图3所示，该操作部23包括：

调向手柄231，用于控制机车的运行方向。其具有“0”、“前”、“后”三个档位，以变频调速器100所在的司机室为参考方向，将调向手柄231箭头指向“前”，机车将向前方行驶，将调向手柄231的箭头指向“后”，机车将向后方行驶(相当于倒车)，且本实用新型的实施例中，从“0”位到“前”和“后”手柄的旋转角度为60度，符合用户手动调向的转动幅度。

调速手柄232，用于控制机车的运行速度。其具有“0”、牵引给定区域和电制动给定区域。牵引区域有1～7个档位(级位)，为牵引状态的速度给定。电制动区域也有1～7个档位，为电制动状态的制动力给定。变频调速器100根据级位的不同，同时给定牵引力和调速器输出频率(调速器的输出频率与电机车的车速成正比)，逐级增加。本实用新型的一实施例中，变频调速器100的输出频率可调范围为0～120Hz，额定工作频率为54Hz，需要说明的是，变频调速器100的最高输出频率和额定工作频率不限于此数据，其可以根据不同的用户需求制定。变频调速器100具有恒转矩和恒功率两种工作区域，频率在0～额定频率范围内牵引电机具有恒转矩控制能力，频率在额定频率～最高频率范围内牵引电机为恒功率控制能力。具体档位的功能设置如下：

调速器的“1”位是用于起动机车和列车装载用，速度给定值2km/h。

调速器的“4”位为额定车速位。

调速器的“7”位位最高车速位。

机车在高于额定车速后进入恒功率牵引模式，随着车速的增加，电机车的牵引力减小，对于不同的负载，车速可能无法达到最高车速，变频调速器100将根据鼠笼式电机200电流的限制，将车速控制在鼠笼式电机200能够达到的最高车速(该车速低于“7”位给定车速)。

优选的，变频调速器100具有电机电流限流功能，当机车负载增加，达到设置的电机电流限流值时，变频调速器100将根据机车运行状态和给定级位，降低输出功率，减小电机电流，将电机电流限制在不超过限流值±10A以内。且机车负载超过当前级位的牵引力时，变频调速器100将自动降低车速，避免电机过热，有效保护电机。借此，变频调速器100可根据级位的速度给定值和速度传感器60检测到的机车速度，调节变频器40的输出，通过加大或减小电机牵引力，达到调节车速的目的，将车速稳定在给定值。

若调速手柄232在工作在电制动区域，调速器的制动“1”档位产生的电制动力为50％左右的牵引力，制动“7”级档位时的制动力可达到最大牵引力的90％以上。电制动时，变频调速器100控制鼠笼式电机200进入发电机运行状态，鼠笼式电机200将机车的机械能转换成电能，通过变频调速器100将之变换成直流，向蓄电池充电。

进入电制动运行状态后，由鼠笼式电机200转换来的电能向蓄电池充电，会引起蓄电池电压升高，充电电流越大，蓄电池电压就越高。当蓄电池电压达到额定电压的1.3倍，变频调速器100将限制鼠笼式电机200的发电功率，减小电制动力，将蓄电池充电电压限制在1.3倍额定电压以内。制动过程中，当鼠笼式电机200电流达到设置的限流值时，变频调速器100将根据机车运行状态和给定级位，降低电制动功率，减小鼠笼式电机200的电流，将电流限制在不超过限流值±10A。

更好的，装设有本实用新型的变频调速器100的机车可以具有零电流惰行运行模式。该模式下，变频调速器100处于正常工作状态，电机电流为0，此时机车的鼠笼式电机200(牵引电机)既不把电能转换成机械能(电动机)，也不把机械能转换成电能(发电机)，机车完全处于自由运行状态。

机车进入零电流惰行工况有以下两种情况：

牵引运行工况，当调速手柄232从高车速给定位减小到低车速给定位，机车速度大于给定车速时，机车进入零电流隋行工况。具体的，在牵引工况，速度给定从高档位降到低档位时，机车速度大于给定车速，变频调速器100马上将鼠笼式电机200的电流减小到0，电机车依靠惯性继续运行，变频调速器100只做车速跟踪，鼠笼式电机200即不提供牵引力也不提供制动力。当鼠笼式电机200转速小于当前级位的给定车速，变频调速器100立即控制鼠笼式电机200进入牵引状态，再次提供牵引力，使鼠笼式电机200稳定运行于当前给定车速。

调速手柄232回到“0”位(无论是从牵引工作区还是从电制动工作区回到“0”位)。当调速手柄回“0”位，调速器进入零电流惰行工况，机车利用自身惯性滑行。借此，采用零电流惰性控制方式，可有效利用机车自身的动能，提高系统能量利用率。

操作部23还设有灯源开关233，用于控制机车头灯的开关，并控制点亮头灯的方向。同时，为保证机车运行的安全性，调向手柄231和调速手柄232机械互锁，具体描述如下：

调向手柄231没有脱离“0”位，调速手柄232只能是“0”位，不能转动，调向手柄231脱离“0”位，方向给定到位后，调速手柄232才能转动，脱离“0”位，可以自由在“0”、牵引区域各级位和电制动各级位间转换。

调速手柄232脱离“0”位后，调向手柄231不能转动。只有调速手柄232回到“0”位后，调向手柄231才能自由的在“0”、“前”、“后”之间任意转动。

更好的，每辆机车的两台变频调速器100之间有电气互锁功能，具体如下：

机车两端变频调速器100的调向手柄231都不在“0”位时，变频调速器100不能得到司机指令，无法行车；一端变频调速器100的调向手柄231处于“0”位，操作另一端变频调速器100，司机指令才能到达处理器10，进行行车控制。

一端变频调速器100处于行车控制有效状态，如果操作另一端的变频调速器100，司机指令马上失效，变频调速器100将无法控制机车。

综上所述，本实用新型通过对变频器控制鼠笼式电机的电源频率，进而实现对电机的速度调节。具体的，变频调速器主要通过一处理器来实现指令的交互，借由控制面板发送调速指令，处理器将相应的指令识别后即控制变频器及主电路改变鼠笼式电机的电源频率，借此实现调速动作。更好的，主电路中具有逆变电路，其采用大功率IGBT作为开关器件，借此本实用新型通过对功率开关通断时间的控制实现调速，能量利用率高，具有很好的节能效果，且可以大大提高机车的安全性及可靠性。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种隔爆型变频调速器，应用于煤矿蓄电池机车，所述机车采用鼠笼式电机作为牵引电机，其特征在于，所述变频调速器至少包括：

用于控制调速的处理器；

用于发送调控指令的控制面板，所述控制面板电性连接于所述处理器；

主电路，连接外部三相电源；以及

用于控制电机电源的频率的变频器，所述变频器连接于所述主电路和鼠笼式电机之间。

2.根据权利要求1所述的隔爆型变频调速器，其特征在于，所述主电路包括整流电路、滤波电路和逆变电路，所述逆变电路采用大功率IGBT作为开关器件。

3.根据权利要求1所述的隔爆型变频调速器，其特征在于，所述变频调速器还包括一用于显示所述机车运行参数和/或故障代码的显示屏。

4.根据权利要求1所述的隔爆型变频调速器，其特征在于，所述控制面板上设有：

用于指示所述变频调速器工作状态的LED指示灯；

用于调试所述控制面板的测试孔；

用于控制所述机车运行速度和/或方向的操作部。

5.根据权利要求4所述的隔爆型变频调速器，其特征在于，所述操作部包括：

用于控制所述机车运行方向的调向手柄；

用于控制所述机车运行速度的调速手柄；

用于控制所述机车头灯的灯源开关。

6.根据权利要5所述的隔爆型变频调速器，其特征在于，所述调向手柄和调速手柄互锁。

7.根据权利要求1所述的隔爆型变频调速器，其特征在于，所述处理器为DSP处理器。

8.根据权利要求1所述的隔爆型变频调速器，其特征在于，所述变频调速器还包括用于测试所述机车速度的速度传感器，所述速度传感器连接于所述处理器。

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