CN202798517U - 跨座式单轨列车牵引变流器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种跨座式单轨列车牵引变流器，该牵引变流器包括主电路模块和控制电路，主电路模块设有预充电电路、过压保护电路、输入滤波电路和牵引逆变电路模块；控制电路包括牵引控制器TCU、电流传感器和电压传感器，牵引控制器TCU分别与电流传感器和电压传感器连接，并采集电压、电流及转速信号来控制牵引逆变电路的输出和完成电路保护。本实用新型主电路采用模块化设计，体积小、重量轻，其中，牵引逆变电路模块选取IGBT功率半导体技术，允许高开关频率的控制，且采用低杂散电感的复合叠层母线排，减小了IGBT关断时回路杂散电感在较高的di/dt作用下产生的电压过冲，IGBT损坏的几率低，系统可靠性高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种牵引变流器装置，具体的说，涉及一种跨座式单轨列车的牵引变流器。
背景技术
牵引变流器对牵引电动机起控制和调节作用，从而控制列车的运行，是列车上最关键的设备之一。目前，城市轨道交通已成为我国交通发展的主流，跨座式单轨列车具有线路占地面积小、爬坡能力强、通过曲线半径小、建设费用低、噪音小等诸多优点，尤其适用于山地等地形结构复杂的城市，我国重庆二号线已经建成跨座式单轨列车并成功运营多年，但是原车牵引系统采用国外技术，一旦牵引系统出现故障时，维修困难，需要联系国外原厂维修，费时费力，若出现损坏不能使用，需要重新购买，使用成本高，且不能及时更换，浪费时间。而国内现有的牵引变流器由于性能参数、接口、稳定性等各方面不能匹配，故障率高，不能取代国外产品。
实用新型内容
本实用新型针对现有城市单轨列车用牵引变流器存在的上述不足，提供了一种牵引及制动可靠、控制精度高、功率模块故障率低的跨座式单轨列车牵引变流器，该变流器还能够进行行防滑、冲动限制控制，并具有故障诊断和导向安全、网络等功能。
本实用新型的技术方案是：一种跨座式单轨列车牵引变流器，该牵引变流器包括主电路模块和控制电路，主电路模块设有预充电电路、过压保护电路、输入滤波电路和牵引逆变电路模块，其中，预充电电路为输入滤波电路预充电并限制充电电流，输入滤波电路为牵引逆变电路提供稳定的直流电压、并进行电压冲击保护和限制谐波，过压保护电路控制输入滤波电路中滤波电容上的电压，防止滤波电容上的电压过高，牵引逆变电路模块为含有IGBT功率半导体、支撑电容、导流元件、IGBT驱动及保护的功率模块，用于直流电压逆变成三相交流电，驱动牵引电机，该功率模块采用高压薄膜电容作为支撑电容、低杂散电感的复合叠层母线排作为导流元件；控制电路包括牵引控制器TCU、电流传感器和电压传感器，牵引控制器TCU分别与电流传感器和电压传感器连接，并采集电压、电流及转速信号来控制牵引逆变电路的输出和完成电路保护，电流传感器安装在牵引逆变电路模块上，实时测量变流器的输入电流和输出电流。
优选的是，牵引控制器TCU采用浮点型DSP加现场可编程门阵列FPGA架构，其中，浮点型DSP用于逻辑控制、牵引控制算法实现；现场可编程门阵列FPGA负责采集、脉冲输出、故障保护。
优选的是，浮点型DSP通过从现场可编程门阵列FPGA得到的各个信号的采集量和司机台的控制指令进行逻辑控制、牵引控制算法实现，现场可编程门阵列FPGA将DSP的计算结果生成相应的脉冲信号驱动IGBT。
优选的是，输入滤波电路为由电容FC和电感FL组成滤波回路。
优选的是，牵引逆变电路模块上还含有用于散热的热管散热器。
优选的是，该牵引变流器采用矢量控制算法，进行转矩和磁通的解耦控制，使得牵引系统动态性能近似于直流电机的调速性能。
本实用新型的有益效果是：(1)本实用新型主电路采用模块化设计，减少了设备的体积和重量，其中，牵引逆变电路模块选取IGBT功率半导体技术，允许高开关频率的控制，且采用低杂散电感的复合叠层母线排，减小了IGBT关断时回路杂散电感在较高的di/dt作用下产生的电压过冲，从而有效降低了IGBT损坏的几率，提高了系统可靠性；且牵引逆变电路模块采用热管散热器，保证散热效果的同时，还可以做到几乎终生免维护。(2)本实用新型采用实时性、可靠性和可维护性好的牵引控制器TCU，该控制器采用浮点型DSP加现场可编程门阵列FPGA架构，系统灵活性高，实时性好，同时具有掉电延时功能，保证系统掉电时完成重要数据的保存。该控制器配置了RS232、CAN、MVB(或20mA电流环)网络接口，能够满足网络传输、系统维护等要求。(3)本实用新型变流器控制采用矢量控制方法，进行转矩和磁通的解耦控制，使得系统动态性能近似于直流电机的调速性能，转矩响应好，控制精度高，保证单轨车运行时系统响应快速、运行平稳、旅客舒适度高，；系统电制动与空气制动配合紧密，电制动退出速度可低至1km/h；完善的逻辑保护、故障记录等保证了系统安全可靠的运行。
附图说明
附图1为本实用新型具体实施例主电路的原理图。
附图2为本实用新型牵引控制器TCU的逻辑框图。
附图3为本实用新型采用的矢量控制算法示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步说明。
一种跨座式单轨列车牵引变流器，该牵引变流器包括主电路模块和控制电路，主电路模块设有预充电电路、过压保护电路、输入滤波电路和牵引逆变电路模块，其中，预充电电路为输入滤波电路预充电并限制充电电流，输入滤波电路为牵引逆变电路提供稳定的直流电压、并进行电压冲击保护和限制谐波，过压保护电路控制输入滤波电路中滤波电容上的电压，防止滤波电容上的电压过高，牵引逆变电路模块用于将直流电压逆变成三相交流电，驱动牵引电机。控制电路包括牵引控制器TCU、电流传感器和电压传感器，牵引控制器TCU分别与电流传感器和电压传感器连接，并采集电压、电流及转速信号来控制牵引逆变电路的输出和完成电路保护，电流传感器安装在牵引逆变电路模块上，实时测量变流器的输入电流和输出电流。
牵引控制器TCU采用浮点型DSP加现场可编程门阵列FPGA架构，其中，浮点型DSP用于逻辑控制、牵引控制算法实现；现场可编程门阵列FPGA负责采集、脉冲输出、故障保护；浮点型DSP通过从现场可编程门阵列FPGA得到的各个信号的采集量和司机台的控制指令进行逻辑控制、牵引控制算法实现，现场可编程门阵列FPGA将DSP的计算结果生成相应的脉冲信号驱动IGBT。
牵引逆变电路模块为含有IGBT功率半导体、支撑电容、导流元件、IGBT驱动及保护的功率模块，该功率模块采用高压薄膜电容作为支撑电容、低杂散电感的复合叠层母线排作为导流元件；牵引逆变电路模块上还含有用于散热的热管散热器，保证散热效果的同时，还可以做到几乎终生免维护。
输入滤波电路为由电容FC和电感FL组成滤波回路。
该牵引变流器采用矢量控制算法，进行转矩和磁通的解耦控制，使得牵引系统动态性能近似于直流电机的调速性能。
工作时，牵引系统接收司机台传输过来的方向、档位、运行模式等控制信号，同时将车体带电复位、VVVF复位等运行状态信息反馈给司机台，变流器根据司机台的指令要求，通过电压极电流传感器实时采集当前系统运行时的电压、电流、车速等信号，计算出下一时刻变流器的输出；同时牵引系统通过MVB网络或20mA电流环网络将自身运行状态以及相关的故障保护信息传递给网络监控系统，从而使司机能够实时掌握列车运行状态。
该牵引系统的工作过程如下：
TCU通过司机台手柄获得指令转矩Tei *，通过反馈的车速信号得到指令磁链由磁链观测器得实际磁链利用观测出的磁链计算得到实际转矩转矩与磁链的实际值与指令值的差分别作为PI调节的输入，得到指令励磁电流
与指令转矩电流再与经过坐标变换后的实际励磁电流和转矩电流
相减进行PI调节，得到参考电压usT和usT，经过坐标变换作为空间矢量调制(SVPWM)模块的输入，将其进行基于统一电压调制技术的空间矢量调制，即可得到控制逆变器的6路IGBT脉冲信号，由此实现了转矩和磁链的解耦控制，使牵引系统具有快速的转矩响应和良好的低速性能。
Claims (6)
1.一种跨座式单轨列车牵引变流器，其特征在于：该牵引变流器包括主电路模块和控制电路，主电路模块设有预充电电路、过压保护电路、输入滤波电路和牵引逆变电路模块，其中，预充电电路为输入滤波电路预充电并限制充电电流，输入滤波电路为牵引逆变电路提供稳定的直流电压、并进行电压冲击保护和限制谐波，过压保护电路控制输入滤波电路中滤波电容上的电压，防止滤波电容上的电压过高，牵引逆变电路模块为含有IGBT功率半导体、支撑电容、导流元件、IGBT驱动及保护的功率模块，用于直流电压逆变成三相交流电，驱动牵引电机，该功率模块采用高压薄膜电容作为支撑电容、低杂散电感的复合叠层母线排作为导流元件；控制电路包括牵引控制器TCU、电流传感器和电压传感器，牵引控制器TCU分别与电流传感器和电压传感器连接，并采集电压、电流及转速信号来控制牵引逆变电路的输出和完成电路保护，电流传感器安装在牵引逆变电路模块上，实时测量变流器的输入电流和输出电流。
2.根据权利要求1所述的跨座式单轨列车牵引变流器，其特征在于：牵引控制器TCU采用浮点型DSP加现场可编程门阵列FPGA架构，其中，浮点型DSP用于逻辑控制、牵引控制算法实现；现场可编程门阵列FPGA负责采集、脉冲输出、故障保护。
3.根据权利要求2所述的跨座式单轨列车牵引变流器，其特征在于：浮点型DSP通过从现场可编程门阵列FPGA得到的各个信号的采集量和司机台的控制指令进行逻辑控制、牵引控制算法实现，现场可编程门阵列FPGA将DSP的计算结果生成相应的脉冲信号驱动IGBT。
4.根据权利要求1所述的跨座式单轨列车牵引变流器，其特征在于：输入滤波电路为由电容FC和电感FL组成滤波回路。
5.根据权利要求1所述的跨座式单轨列车牵引变流器，其特征在于：牵引逆变电路模块上还含有用于散热的热管散热器。
6.根据权利要求1所述的跨座式单轨列车牵引变流器，其特征在于：该牵引变流器采用矢量控制算法，进行转矩和磁通的解耦控制，使得牵引系统动态性能近似于直流电机的调速性能。
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