专利名称：工矿电机车斩波调速电气装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及大型工矿电力机车的起动、调速、运行、电制动控制，特别适用于150t工矿电机车1500V级IGBT斩波调速电气系统。
背景技术：
目前，大型工矿电力机车中，150t为国内应用最多的车型，该车电气牵引系统采用触点分级切断电阻实现有级调速控制，电阻的切换、牵引/制动转换、牵引电机串并联转换均由电空接触器实现，整车牵引电机数量为6台，牵引级数为41级，电制动为24级，所用电空接触器总数为54个；另外控制及保护电路均采用继电器及辅助触头联锁，以实现主接触器闭合顺序调速及主电路过电压、过电流保护，使得整个电气系统体积庞大，线路复杂，可靠性低。
实用新型内容为了克服现有大型工矿电力机车的电气系统体积庞大，线路复杂，可靠性低的问题。适应产品持续发展，提高工矿电机车电气牵引系统的技术水平及产品的更新换代，在电机车电阻调速控制装置中使主电路简单、采用小型、轻量、高效率、高可靠性的IGBT直流斩波器来替代。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是由三套IGBT斩波调速单元和IGBT斩波调压调速控制单元组成，每个IGBT斩波调速单元控制二台直流牵引电机，牵引工况电路和制动工况电路组成斩波调速单元.IGBT斩波调压调速控制单元由司机控制器A1、监控显示屏A2、控制电源A3、程控单元A4构成.用IGBT直流斩波器调速方式代替原来的电阻调速方式，取消原高压室电阻切换及电机串并联电空接触器、分流器、过电压继电器、过电流继电器等电器组件，取消平波电抗器，取消起动电阻，取消起动电阻切换接触器，取消电机串/并联转换接触器；增加三套模块化IGBT直流斩波器装置、主电路的预充电路及滤波、吸收环节；取消原驾驶台老式司控器，增加小型轻便司控器、操作开关、指示仪表及彩色液晶显示器；新增部件全部采用模块化结构，便于维护，改造后电缆数量大为减少，相关的电缆重新布置。
本实用新型的有益效果是，简化了装置的结构和体积缩小，运营可靠性提高，用户维护方便。由于采用自关断IGBT器件，斩波器工作频率提高，电机电流脉动率很小，改进了牵引电机的换向性能，省去了笨重的平波电抗器，进线滤波电抗器也减小，减轻系统的重量和体积。至今矿山仍有大量电阻调速工矿电机车在运行，对老车进行电气牵引系统更新，可使现有的工矿电机车技术提高一个档次，使更新后的产品获得新的电气牵引性能，将给矿山电机车运输带来技术上的飞跃，满足运输要求，增加经济效益。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1工矿电机车斩波调速电气装置单元主电路原理图图2工矿电机车斩波调速电气装置单元控制原理框图图中QF.直流断路器，L1.进线滤波电感，C0、C1.滤波电容，KM1.线路接触器，KM2.预充接触器，KM3、KM5.牵引接触器，KM4、KM6.制动接触器，Q1.反向器，RE.预充电阻，RZ1、RZ2、.制动电阻，RZ3.吸收电阻，R0、R1、R2.电压传感器限流电阻，SV0、SV1、SV2.电压传感器，SC1、SC2、SC3.电流传感器，V1、V2.斩波IGBT元件，V1、V2.二极管，DRV1、DRV2、DRV3.斩波IGBT元件驱动器，M1、M2.直流牵引电机，FU1、FU2.熔断器，A1.司机控制器，A2.监控显示屏，A3.控制电源，A4.程控单元.
具体实施方式
在图1中，在150t工矿电机车电气牵引系统由三套1500V级IGBT斩波调速单元构成，其中第一单元原理图如图1，下面在此基础上简要阐述主电路工作原理，其它两个单元工作原理与此相同。
牵引工况电路如图1所示，接触器KM3-1、KM3-2、牵引电机M1、电流传感器SC1、IGBT组件V1、串联连接成牵引支路一；接触器KM5-1、KM5-2、牵引电机M2、电流传感器SC2、IGBT组件V2、串联连接成牵引支路二；牵引支路一与牵引支路二以及滤波电容C0、C1并联后再与接触器KM2、KM1、滤波电感L1、断路器QF串联连接至电源正极，IGBT组件V1和IGBT组件V2的E端以及滤波电容C0、C1的负极接电源负极。
接触器KM1、KM3、KM5闭合，DC1500V电源经断路器QF、滤波电感L1、然后分别经KM3、KM5，反向器Q1、牵引电机M1、M2，IGBT元件V1、V2至电源负极形成牵引回路，实时控制V1、V2的导通时间便可实时控制主电路中通过电机的电流或电机两端的平均电压，从而实现调速控制。
制动工况电路接触器KM1、闭合，KM3-1、KM3-2断开，KM4-1、KM4-2、电机M1电枢、电机M2励磁线圈、IGBT组件V2、二极管V4、制动电阻RZ2、熔断器FU2串联连接成制动回路一；KM5-1、KM5-2断开，KM6-1、KM6-2、电机M2电枢、电机M1励磁线圈、IGBT组件V1、二极管V3、制动电阻RZ1、熔断器FU1串联连接成制动回路二；IGBT组件V1、IGBT组件V2的续流二极管阴极以及滤波电容C0、C1的正极连成一点后连接至接触器KM2的输出点，接触器KM1、滤波电感L1、断路器QF串联后连接至电源正极，IGBT组件V1和IGBT组件V2的E端以及滤波电容C0、C1的负极接电源负极；吸收电阻RZ3与电流传感器SC3、IGBT组件V3串联后跨接于接触器KM2的输出点与电源负极之间；所有这些连接构成交叉励磁再生回馈电阻能耗混合电制动回路。
接触器KM1闭合，KM3、KM5断开，KM4、KM6闭合，此时两牵引电机都变成直流发电机，电机M1的电流经KM4、电机M2励磁线圈，制动电阻RZ2、RZ4、熔断器FU2回至电机M1的另一端，形成电机M1制动电流回路，V2、V4与电阻RZ2并联；电机M2的电流经KM6、电机M1励磁线圈，制动电阻RZ1、RZ1、熔断器FU1回至电机M2的另一端，形成电机M2制动电流回路，V1、V3与电阻RZ1并联；实时控制V1、V2的导通时间便可实时控制主电路中通过电机的电流的大小，从而实现制动力矩控制；同时在IGBT元件V1、V2关断时间，将有一部分制动电能回馈至电网，当电网不能吸收能量造成滤波电容C0、C1两端电压超过一定值时，IGBT元件V3导通，将多余能量通过吸收电阻RZ5消耗掉。
在图2中，控制系统由司机控制器A1、监控显示屏A2、控制电源A3、程控单元A4构成；控制电源A3为其他部分提供工作电源，控制系统司机控制器A1由司机操作，将工作指令和控制量给定值传输给程控单元A4，程控单元A4由一台PLC和一台基于80C196KC的16位单片微控器组成，其中PLC接收由司机控制器A1发来的工作指令，经过逻辑运算完成主回路接触器的通断后，发出牵引或制动的工作指令给微控器；微控器接受指令后，实时监测主电路传感器传来的信号和司机控制器A1传来的控制量给定值的变化，根据一定的控制规律实时调整PWM脉冲PWM1、PWM2、PWM3，相应控制功率元件V1、V2、V3的开通和关断，从而对电路被控量进行闭环控制。监控显示屏A2实时显示电路所有接触器的闭合情况和机车运行参数，并对电路故障进行报警。
权利要求1.工矿电机车斩波调速电气装置，包括有直流牵引电机M1、M2、断路器QF等，其特征是由三套IGBT斩波调速单元和IGBT斩波调压调速单元控制组成，每个IGBT斩波调速单元控制二台直流牵引电机，牵引工况电路和制动工况电路组成斩波调速单元.
2.根据权利要求1所述的工矿电机车斩波调速电气装置，其特征是150t工矿电机车由三套1500V级IGBT斩波调速单元控组成，每个1500V级IGBT斩波调速单元控制二台直流牵引电机M1、M2.
3.根据权利要求1所述的工矿电机车斩波调速电气装置，其特征是牵引工况电路是接触器KM3-1、KM3-2、牵引电机M1、电流传感器SC1、IGBT组件V1、串联连接成牵引支路一；接触器KM5-1、KM5-2、牵引电机M2、电流传感器SC2、IGBT组件V2、串联连接成牵引支路二；牵引支路一与牵引支路二以及滤波电容C0、C1并联后再与接触器KM2、KM1、预充电阻RE、滤波电感L1、断路器QF串联连接至电源正极，IGBT组件V1和IGBT组件V2的E端以及滤波电容C0、C1的负极接电源负极。
4.根据权利要求1所述的工矿电机车斩波调速电气装置，其特征是制动工况电路是接触器KM1、闭合，KM3-1、KM3-2断开，KM4-1、KM4-2、电机M1电枢、电机M2励磁线圈、IGBT组件V2、二极管V4、制动电阻RZ2、熔断器FU2串联连接成制动回路一；KM5-1、KM5-2断开，KM6-1、KM6-2、电机M2电枢、电机M1励磁线圈、IGBT组件V1、二极管V3、制动电阻RZ1、熔断器FU1串联连接成制动回路二；IGBT组件V1、IGBT组件V2的续流二极管阴极以及滤波电容C0、C1的正极连成一点后连接至接触器KM2的输出点，接触器KM1、滤波电感L1、断路器QF串联后连接至电源正极，IGBT组件V1和IGBT组件V2的E端以及滤波电容C0、C1的负极接电源负极；吸收电阻RZ3与电流传感器SC3、IGBT组件V3串联后跨接于接触器KM2的输出点与电源负极之间.
5.根据权利要求1所述的工矿电机车斩波调速电气装置，其特征是IGBT斩波调压调速单元控制由司机控制器A1、监控显示屏A2、控制电源A3、程控单元A4构成.
6.根据权利要求1或权利要求5所述的工矿电机车斩波调速电气装置，其特征是程控单元A4由一台PLC和一台基于80C196KC的16位单片微控器组成.
专利摘要工矿电机车斩波调速电气装置涉及大型工矿电力机车的起动、调速、运行、电制动控制，适用于150t工矿电机车1500V级IGBT斩波调速电气系统。由三套IGBT斩波调速单元和IGBT斩波调压调速单元控制组成，每个IGBT斩波调速单元控制二台直流牵引电机，牵引工况电路和制动工况电路组成斩波调速单元。IGBT斩波调压调速单元控制由司机控制器A1、监控显示屏A2、控制电源A3、程控单元A4构成。本实用新型简化了装置的结构和体积缩小，运营可靠性提高，用户维护方便。由于采用自关断IGBT器件，斩波器工作频率提高，电机电流脉动率很小，改进了牵引电机的换向性能，省去了笨重的平波电抗器，进线滤波电抗器也减小，节约电能减轻系统的重量和体积。
文档编号H02P7/298GK2901695SQ20052005289
公开日2007年5月16日 申请日期2005年12月27日 优先权日2005年12月27日
发明者刘柏, 刘启先, 林镇鉴 申请人:湘潭电机股份有限公司