專利名稱：地鐵施工運(yùn)輸機(jī)車交流變頻調(diào)速裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種適用于地鐵施工用蓄電池機(jī)車交流調(diào)速裝置。
技術(shù)背景隨著城市地鐵建設(shè)的飛速發(fā)展，施工中采用的直流牽引運(yùn)輸機(jī)車已不 能滿足形勢(shì)的要求，其固有的功率等級(jí)難以提高，電機(jī)維修量大，開環(huán)控制 轉(zhuǎn)矩不受控，牽引性能欠佳等缺點(diǎn)逐漸地凸現(xiàn)出來(lái)。發(fā)明內(nèi)容針對(duì)地鐵施工中現(xiàn)有直流牽引機(jī)車存在的缺陷，本實(shí)用新型的目的旨在 提供一種地鐵施工運(yùn)輸機(jī)車交流變頻調(diào)速裝置。其結(jié)合計(jì)算機(jī)智能控制，用 直流逆變技術(shù)取代原系統(tǒng)采用的直流觸點(diǎn)式控制方式。本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)一種地鐵施工運(yùn)輸機(jī)車交流變頻調(diào)速裝置，呈箱體式結(jié)構(gòu)，功率器件直 接安裝在箱體內(nèi)散熱器上，分三路，每路由4塊功率器件并聯(lián)，分別接電機(jī) 的三相繞組，功率管由計(jì)算機(jī)智能控制板來(lái)驅(qū)動(dòng)；充電電阻并接在可控硅兩 端，電源通過(guò)可控硅直接給電容供電，電容存儲(chǔ)能量同時(shí)給制動(dòng)單元、逆變 單元供電，均壓電阻分別并接在兩路串聯(lián)電容上，逆變單元由控制板觸發(fā)導(dǎo) 通關(guān)斷，控制板裝在控制板安裝板上，霍爾傳感器與電機(jī)連接，輸入端子和 逆變輸出端子分別設(shè)置箱體兩側(cè)，箱體端面設(shè)有人機(jī)對(duì)話窗口和控制端口， 散熱器后面裝有風(fēng)機(jī)。輸入直流電通過(guò)輸入端子銅排引入，通過(guò)可控硅直流 開關(guān)控制輸入到電容、逆變單元和制動(dòng)單元，制動(dòng)單元輸出通過(guò)銅排引到電 源和制動(dòng)端口接制動(dòng)電嗎，逆變單元輸出通過(guò)銅排引到逆變輸出端子去接電 機(jī)?？刂瓢惭b板和控制板在逆變單元和制動(dòng)單元的正前面，人機(jī)對(duì)話窗口安 裝于控制安裝板上。工作原理功率器件直接安裝在箱體內(nèi)散熱上，散熱器后面由風(fēng)機(jī)帶走功率器件產(chǎn)生的損耗熱量。功率器件采用德國(guó)西門康SKM400GB128D型號(hào)的IGBT，每路由4塊功率器件并聯(lián)，容量可達(dá)300KVA。功率管由計(jì)算機(jī)智能控制板來(lái)驅(qū)動(dòng)， 控制板產(chǎn)生的P麗開關(guān)脈沖，通過(guò)功率管的開關(guān)作用，輸出產(chǎn)生脈寬同步變 化的電壓信號(hào)，通過(guò)電機(jī)的電感作用，產(chǎn)生幅值和頻率可調(diào)的正弦波電流信 號(hào)，使被驅(qū)動(dòng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速同步變化。主回路采用獨(dú)特的重疊式母板結(jié)構(gòu)，輸 入和輸出分別設(shè)置主箱體兩側(cè)，直流電源和交流輸出垂直布置，這些都最大 限度的減小了布線電感和干擾，保證了整個(gè)裝置的可靠性。..其工作過(guò)程是，當(dāng)電源供電進(jìn)來(lái)以后，打開裝置充電開關(guān)，通過(guò)充電電 阻把電壓加到電容和IGBT上，此時(shí)主電路和控制電路有電，裝置做好了運(yùn)行 準(zhǔn)備，需要運(yùn)行裝置時(shí)，有外接司控器給定前進(jìn)或后退方向，控制板發(fā)出信 號(hào)，打開直流開關(guān)-一可控硅，短接充電電阻，此時(shí)直流電直接供給電容和主 功率器件IGBT，此時(shí)由外接速度手輪給定運(yùn)行速度，由控制板發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 驅(qū)動(dòng)主功率器件，輸出三相電壓和頻率同步變化的交流電供給電機(jī)。電機(jī)速 度逐步提高，逼近目標(biāo)速度。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和產(chǎn)生的有益效果1、 主回路采用重疊式母板結(jié)構(gòu)，最大限度地減小了布線電感和干擾，降 低了功率器件的di/dt、 du/dt，保證了功率器件的可靠工作；2、 整個(gè)裝置安裝于彈性緩沖器上，吸收了車輛運(yùn)行過(guò)程中各個(gè)方向的振 動(dòng)，保證了裝置內(nèi)功率器件和連接件的緊固；3、 內(nèi)部連接全部使用銅板并掛錫，利用銅排的延張性吸收了由于熱脹冷 縮對(duì)功率管的應(yīng)力，同時(shí)最大限度的減小了由于連接電阻造成的發(fā)熱。4、 解決了地鐵施工運(yùn)輸機(jī)車功率低的難題，施工進(jìn)度和效率大大提高。5、 故障率比直流觸點(diǎn)式調(diào)速系統(tǒng)低、可靠性高，在現(xiàn)有地鐵車輛調(diào)速系 統(tǒng)中性價(jià)比是最優(yōu)的方式，具有廣泛的應(yīng)用前景。


圖l是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型各器件說(shuō)明1、箱體，采用3mm鋼板壓制、焊接而成，起到承載作用，所有元器件都 安裝在箱體內(nèi)散熱器上，冷卻系統(tǒng)在其后面，接口端子分別布置于箱體兩側(cè)，保證了整個(gè)裝置的堅(jiān)固性和外接控制的方便性。2、 內(nèi)散熱器，功率器件全部直接安裝在散熱器面上，并在功率器件的 接觸面涂上導(dǎo)熱硅脂，保證功率器件產(chǎn)生的損耗熱量傳導(dǎo)到散熱器上，散熱 器采用翅片式鋁合金高導(dǎo)熱型，風(fēng)機(jī)安裝在箱體的后面，采用抽板式風(fēng)冷卻， 空氣由翅片底部進(jìn)入，經(jīng)過(guò)整個(gè)翅片從頂部抽出，保證功率器件產(chǎn)生的熱量 被隨時(shí)帶走，翅片外側(cè)由密封板壓緊在翅片上，保證冷卻空氣經(jīng)過(guò)整個(gè)翅片， 從下面進(jìn)風(fēng)，上面出風(fēng)，進(jìn)風(fēng)和出風(fēng)之間還加一道隔離板，使抽出的熱空氣 不被直接從進(jìn)風(fēng)口吸入。3、 直流開關(guān)-一-可控硅。充電電阻并接在可控硅兩端，裝置起動(dòng)時(shí)控制板沒(méi)電，可控硅沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)，不能導(dǎo)通，此時(shí)電流通過(guò)充電電阻給電容 充電，電容電壓逐步升高，當(dāng)電壓升到控制板的工作電壓時(shí)，控制板工作， 給可控硅發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，可控硅導(dǎo)通，短接充電電阻，電源通過(guò)可控硅直接 供電給電容，裝置做好了運(yùn)行準(zhǔn)備。4、 制動(dòng)單元，當(dāng)控制電機(jī)在下坡時(shí)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，此時(shí)不需要裝置給 電機(jī)供電，電機(jī)反過(guò)來(lái)給裝置供電，造成裝置內(nèi)部電容和IGBT電壓過(guò)高，危 及裝置運(yùn)行安全。當(dāng)控制板檢測(cè)到內(nèi)部電容電壓超過(guò)設(shè)定值時(shí)，發(fā)出觸發(fā)信 號(hào)給制動(dòng)IGBT，接通制動(dòng)電阻，通過(guò)制動(dòng)電阻消耗多余電能，當(dāng)控制板檢測(cè) 到內(nèi)部電容電壓下降到設(shè)定值時(shí)，撤除觸發(fā)信號(hào)，關(guān)閉制動(dòng)IGBT，繼續(xù)由裝 置供電。這樣保證電容電壓在設(shè)定的范圍內(nèi)，保證裝置運(yùn)行安全。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng) 的能耗制動(dòng)。5、 逆變單元由控制板觸發(fā)導(dǎo)通關(guān)斷，輸出產(chǎn)生三相交流電驅(qū)動(dòng)電機(jī)。逆 變單元是本裝置的核心，由12塊IGBT組成的三相開關(guān)電路，每塊IGBT都供 給直流電，輸出組成三路分別接電機(jī)的三相繞組，控制板根據(jù)特定的算法控 制三路IGBT在不同的時(shí)刻導(dǎo)通和關(guān)斷，在電機(jī)繞組上得到脈寬變化的脈沖信 號(hào)，通過(guò)電機(jī)的電感作用，輸出幅值和頻率同步變化的電流信號(hào)，控制電機(jī) 運(yùn)行在設(shè)定速度上。6、 電容本裝置采用電壓型變流器。由于逆變時(shí)瞬時(shí)功率比較大，電 源不能提供，所以電源先給電容充電，能量存儲(chǔ)在電容上，再由電容供電給 逆變單元。電容是電壓型變流器的基本配置。7、 電源輸入和制動(dòng)接口是饋入直流電源和實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)外接制動(dòng)電 阻的接口。8、 逆變輸出端口 用來(lái)接電機(jī)三相繞組，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行的主端口。9、 霍爾傳感器 是用來(lái)檢測(cè)電機(jī)電流的傳感器，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果來(lái)控制電機(jī)運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)。10、 控制板安裝板用來(lái)承載控制板，同時(shí)起到屏蔽作用。保證主回路 和控制電路不互相干擾。由于控制電路工作在高頻狀態(tài)，而主電路IGBT都是 電壓型器件，大的干擾有可能造成IGBT誤導(dǎo)通，造成裝置損壞，控制電路和 主電路屏蔽隔離，可以提高整個(gè)裝置的運(yùn)行可靠性。11、 人機(jī)對(duì)話窗口，可監(jiān)視整個(gè)裝置的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)調(diào)整功能，具有 優(yōu)良的人機(jī)界面，各種故障都有特定的代碼顯示出來(lái)，判斷故障十分方便。 其工作過(guò)程是，當(dāng)電源供電進(jìn)來(lái)以后，先通過(guò)充電電阻把電壓加到電容和主 功率器件IGBT上，此時(shí)控制線路有電，當(dāng)需要進(jìn)行裝置時(shí)，控制板發(fā)出信號(hào)， 打開直流開關(guān)---可控硅，短接充電電阻，此時(shí)直流電直接供給電容和主功率 器件IGBT，同時(shí)由控制板發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)主功率器件，給出三相交流電。12、 控制端口 采用連接方便的活動(dòng)航空插頭，外接控制信號(hào)通過(guò)此端 口輸入，給定方向、速度等，控制裝置運(yùn)行。13、 控制板各種外接信號(hào)都輸入到控制板，通過(guò)運(yùn)算處理，輸出驅(qū)動(dòng)信 號(hào)，控制電機(jī)運(yùn)行。14、 風(fēng)機(jī)是整個(gè)裝置的冷卻系統(tǒng)，采用德國(guó)依必安高可靠性，高風(fēng)量 風(fēng)機(jī)，保證系統(tǒng)溫度在正常范圍內(nèi)，使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。15、 充電電阻裝置啟動(dòng)時(shí)通過(guò)電阻給電容充電，限制啟動(dòng)電流，啟動(dòng)完 后由可控硅短接，完成裝置啟動(dòng)過(guò)程。16、均壓電阻電容有兩路串聯(lián)而成，均壓電阻分別并接在兩路電容上， 消除由于電容漏電造成的兩路電容電壓不均恒。如圖1所示， 一種地鐵施工運(yùn)輸機(jī)車交流變頻調(diào)速裝置，呈箱體式結(jié)構(gòu)， 功率器件直接安裝在箱體l內(nèi)散熱器2上，分三路，每路由4塊功率器件并 聯(lián)，分別接電機(jī)的三相繞組，功率管由計(jì)算機(jī)智能控制板13來(lái)驅(qū)動(dòng)；充電電 阻15并接在可控硅3兩端，電源通過(guò)可控硅3直接給電容6供電，電容6存 儲(chǔ)能量同時(shí)給制動(dòng)單元4、逆變單元5供電，均壓電阻16分別并接在兩路串 聯(lián)電容6上，逆變單元5由控制板13觸發(fā)導(dǎo)通關(guān)斷，控制板13裝在控制板 安裝板10上，霍爾傳感器9與電機(jī)連接，輸入端子7和逆變輸出端子8分別 設(shè)置箱體1兩側(cè)，箱體1端面設(shè)有人機(jī)對(duì)話窗口 11和控制端口 12，散熱器2后面裝有風(fēng)機(jī)14。輸入直流電通過(guò)輸入端子7銅排引入，通過(guò)可控硅3直流 開關(guān)控制輸入到電容6、逆變單元5和制動(dòng)單元4，制動(dòng)單元4輸出通過(guò)銅排 引到電源和制動(dòng)端口 7接制動(dòng)電阻，逆變單元5輸出通過(guò)銅排引到逆變輸出 端子8去接電機(jī)?？刂瓢惭b板10和控制板13在逆變單元5和制動(dòng)單元4的 正前面，人機(jī)對(duì)話窗口 11安裝于控制安裝板10上。電源通過(guò)電源輸入和制動(dòng)接口 7饋入，打開外接充電開關(guān)，通過(guò)可控硅 3,和充電電阻15接入電容6，電容6存儲(chǔ)能量同時(shí)給制動(dòng)單元4、逆變單元5 供電，控制電路啟動(dòng)工作，系統(tǒng)初始化。人機(jī)對(duì)話窗口 11顯示處于跟蹤狀態(tài)， 由外接方向和速度控制器通過(guò)控制端口 12輸入信號(hào)，控制板13根據(jù)該信號(hào) 控制逆變單元5IGBT工作，輸出三相脈寬調(diào)制信號(hào)，通過(guò)逆變輸出端口8供 給三相交流電機(jī)，電機(jī)根據(jù)設(shè)定速度旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)時(shí)，能量 通過(guò)逆變端口 12和逆變單元5內(nèi)部的整流電路將電機(jī)發(fā)出的三相交流電整流 為直流，疊加到電容6上，控制板13監(jiān)測(cè)電容電壓，當(dāng)電容6電壓超過(guò)設(shè)定 值時(shí)，控制板13驅(qū)動(dòng)制動(dòng)單元4工作，外接制動(dòng)電阻通過(guò)輸入端口7接入， 電容6上的能量被制動(dòng)電阻消耗，電壓下降，當(dāng)達(dá)到控制板13設(shè)定的低值時(shí)， 關(guān)閉制動(dòng)單元4，制動(dòng)單元反復(fù)打開和關(guān)閉，使電容6上保持設(shè)定的電壓。
權(quán)利要求1、一種地鐵施工運(yùn)輸機(jī)車交流變頻調(diào)速裝置，其特征是呈箱體式結(jié)構(gòu)，功率器件直接安裝在箱體(1)內(nèi)散熱器(2)上，并分三路，每路由4塊功率器件并聯(lián)，分別接電機(jī)的三相繞組，功率管由計(jì)算機(jī)智能控制板(13)來(lái)驅(qū)動(dòng)；充電電阻(15)并接在可控硅(3)兩端，電源通過(guò)可控硅(3)直接給電容(6)供電，電容(6)存儲(chǔ)能量同時(shí)給制動(dòng)單元(4)、逆變單元(5)供電，均壓電阻(16)分別并接在兩路串聯(lián)電容(6)上，逆變單元(5)由控制板(13)觸發(fā)導(dǎo)通關(guān)斷，控制板(13)裝在控制板安裝板(10)上，霍爾傳感器(9)與電機(jī)連接，輸入端子(7)和逆變輸出端子(8)分別設(shè)置箱體(1)兩側(cè)，箱體(1)端面設(shè)有人機(jī)對(duì)話窗口(11)和控制端口(12)，散熱器(2)后面裝有風(fēng)機(jī)(14)。輸入直流電通過(guò)輸入端子(7)銅排引入，通過(guò)可控硅(3)直流開關(guān)控制輸入到電容(6)、逆變單元(5)和制動(dòng)單元(4)，制動(dòng)單元(4)輸出通過(guò)銅排引到電源和制動(dòng)端口(7)接制動(dòng)電阻，逆變單元(5)輸出通過(guò)銅排引到逆變輸出端子(8)去接電機(jī)，控制安裝板(10)和控制板(13)在逆變單元(5)和制動(dòng)單元(4)的正前面，人機(jī)對(duì)話窗口(11)安裝于控制安裝板(10)上。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種地鐵施工運(yùn)輸機(jī)車交流變頻調(diào)速裝置，呈箱體式結(jié)構(gòu)，功率器件直接安裝在箱體內(nèi)散熱器上。功率管由計(jì)算機(jī)智能控制板來(lái)驅(qū)動(dòng)；充電電阻并接在可控硅兩端，電源通過(guò)可控硅直接給電容供電，電容存儲(chǔ)能量同時(shí)給制動(dòng)單元、逆變單元供電，均壓電阻分別并接在兩路串聯(lián)電容上，逆變單元由控制板觸發(fā)導(dǎo)通關(guān)斷，控制板裝在控制板安裝板上，霍爾傳感器與電機(jī)連接，輸入端子和逆變輸出端子分別設(shè)置箱體兩側(cè)，箱體端面設(shè)有人機(jī)對(duì)話窗口和控制端口。輸入直流電通過(guò)輸入端子銅排引入，通過(guò)可控硅直流開關(guān)控制輸入到電容、逆變單元和制動(dòng)單元，制動(dòng)單元輸出通過(guò)銅排引到電源和制動(dòng)端口接制動(dòng)電阻，逆變單元輸出通過(guò)銅排引到逆變輸出端子去接電機(jī)。本實(shí)用新型解決了地鐵施工運(yùn)輸機(jī)車功率低的難題，施工進(jìn)度和效率大大提高。
文檔編號(hào)H02P27/04GK201113913SQ20072003274
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2007年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月20日
發(fā)明者周四清, 羅富興, 軍 馬 申請(qǐng)人:蘭州金牛軌道交通裝備有限責(zé)任公司