一种悬浮控制器的制作方法

1.本实用新型属于电磁控制技术领域，更具体地说，是涉及一种悬浮控制器。


背景技术：

2.悬浮系统采用永磁电磁混合悬浮方式。悬浮系统通过悬浮传感器得到电磁铁的悬浮状态，根据所得到的悬浮状态和悬浮控制算法得到电磁铁励磁电流的大小和方向来达到控制悬浮电磁铁电磁力的目的，以保证悬浮电磁铁与轨道之间的间隙始终保持在设定的间隙值，从而实现磁浮列车的稳定悬浮。
3.悬浮系统按照列车载重从空车aw0到超员载荷aw3范围内自动调整悬浮力的大小，使列车在空车aw0至超员载荷aw3范围内保持悬浮间隙基本不变，并且对载重变化反应迅速、有效可靠的控制悬浮间隙。
4.悬浮控制器作为中低速磁浮列车悬浮系统中的重要部件，常用来调整悬浮力的大小。目前常用的悬浮控制器采用igbt作为功率模块，且使用风冷进行散热，存在能耗高、体积大等缺点。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种悬浮控制器，旨在解决现有悬浮控制器能耗高的问题。
6.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种悬浮控制器，包括：
7.供电单元；
8.斩波器控制单元，与磁浮列车控制中心连接，用于根据所述磁浮列车控制中心发出的浮车命令产生斩波信号；
9.sic斩波器，分别与所述供电单元、所述斩波器控制单元、第一悬浮电磁铁和第二悬浮电磁铁连接，用于根据所述斩波信号产生悬浮电流进而控制所述第一悬浮电磁铁和所述第二悬浮电磁铁产生悬浮力。
10.优选的，所述供电单元包括：
11.dc330v滤波器；
12.接触器，所述接触器的一端与所述dc330v滤波器的输入端连接；
13.充电电阻，所述充电电阻的一端与所述接触器的一端连接，所述充电电阻的另一端与所述接触器的另一端连接；
14.快速熔断器，所述快速熔断器的一端与所述接触器的另一端连接，所述快速熔断器的另一端与所述斩波器连接。
15.优选的，还包括：
16.第一电解电容，所述第一电解电容的一端与所述快速熔断器的另一端连接，所述第一电解电容的另一端与所述dc330v滤波器的输出端连接；
17.第一放电板，所述第一放电板的一端与所述第一电解电容的一端连接，所述第一
放电板的另一端与所述第一电解电容的另一端连接。
18.优选的，所述sic斩波器包括：第一sic功率器件斩波电路；所述第一sic功率器件斩波电路包括:
19.第一sic开关管，所述第一sic开关管的一端与所述快速熔断器的另一端连接，所述第一sic开关管的另一端与第一悬浮电磁铁连接；
20.第二sic开关管，所述第二sic开关管的一端与所述第一sic开关管的另一端连接，所述第二sic开关管的另一端与所述dc330v滤波器的输出端连接；
21.第三sic开关管，所述第三sic开关管的一端与所述快速熔断器的另一端连接，所述第三sic开关管的另一端与所述第一悬浮电磁铁连接；
22.第四sic开关管，所述第四sic开关管的一端与所述第三sic开关管的另一端连接，所述第四sic开关管的另一端与所述dc330v滤波器的输出端连接。
23.优选的，所述sic斩波器还包括：第二sic功率器件斩波电路；所述第二sic功率器件斩波电路包括：
24.第五sic开关管，所述第五sic开关管的一端与所述快速熔断器的另一端连接，所述第五sic开关管的另一端与第二悬浮电磁铁连接；
25.第六sic开关管，所述第六sic开关管的一端与所述第五sic开关管的另一端连接，所述第六sic开关管的另一端与所述dc330v滤波器的输出端连接；
26.第七sic开关管，所述第七sic开关管的一端与所述快速熔断器的另一端连接，所述第七sic开关管的另一端与所述第二悬浮电磁铁连接；
27.第八sic开关管，所述第八sic开关管的一端与所述第七sic开关管的另一端连接，所述第八sic开关管的另一端与所述dc330v滤波器的输出端连接。
28.优选的，还包括：
29.第二电解电容，所述第二电解电容的一端与所述快速熔断器的另一端连接，所述第二电解电容的另一端与所述dc330v滤波器的输出端连接；
30.第二放电板，所述第二放电板的一端与所述第二电解电容的一端连接，所述第二放电板的另一端与所述第二电解电容的另一端连接。
31.优选的，还包括：
32.第一电抗器，所述第一电抗器的一端与所述第一sic开关管的另一端连接，所述第一电抗器的另一端与所述第一悬浮电磁铁连接；
33.第二电抗器，所述第二电抗器的一端与所述第三sic开关管的另一端连接，所述第二电抗器的另一端与所述第一悬浮电磁铁连接；
34.第三电抗器，所述第三电抗器的一端与所述第五sic开关管的另一端连接，所述第三电抗器的另一端与所述第二悬浮电磁铁连接；
35.第四电抗器，所述第四电抗器的一端与所述第七sic开关管的另一端连接，所述第四电抗器的另一端与所述第二悬浮电磁铁连接。
36.优选的，所述斩波器控制单元，包括：
37.dc110v浪涌保护器；
38.dc110v滤波器，所述dc110v滤波器的输入端与所述dc110v浪涌保护器的输出端连接；
39.控制电源，所述控制电源的输入端与所述dc110v滤波器的输出端连接；
40.控制计算机，所述控制计算机的输入端与所述控制电源的输出端和所述磁浮列车控制中心连接，所述控制计算机的输出端与所述sic斩波器连接。
41.优选的，还包括：
42.悬浮控制器箱体，所述供电单元、所述斩波器控制单元和所述sic斩波器均设置在所述悬浮控制器箱体内；
43.悬浮控制器散热器，设置在所述悬浮控制器箱体的一侧；所述sic斩波器与所述悬浮控制器散热器相接触。
44.本实用新型提供的一种悬浮控制器的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型的一种悬浮控制器，包括供电单元；斩波器控制单元，与磁浮列车控制中心连接，用于根据所述磁浮列车控制中心发出的浮车命令产生斩波信号；sic斩波器，分别与所述供电单元、所述斩波器控制单元、第一悬浮电磁铁和第二悬浮电磁铁连接，用于根据所述斩波信号产生悬浮电流进而控制所述第一悬浮电磁铁和所述第二悬浮电磁铁产生悬浮力。本实用新型通过利用sic斩波器替代igbt组件作为功率控制模块可以降低悬浮控制器的电能损耗。
45.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
46.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
47.图1为本实用新型实施例提供的一种悬浮控制器电路图。
48.图2为本实用新型实施例提供的一种悬浮控制器控制原理图。
49.图3为本实用新型实施例提供的一种悬浮控制器控制结构图。
50.图4为本实用新型实施例提供的悬浮控制器内部布局侧视图。
51.图5为本实用新型实施例提供的打开箱盖后悬浮控制器内部俯视图。
52.图6为本实用新型实施例提供的悬浮控制器中散热片上元器件布局图。
53.图7为本实用新型实施例提供的悬浮控制器四面框架和内部隔板俯视图。
54.图8为本实用新型实施例提供的悬浮控制器四面框架示意图。
55.图9为本实用新型实施例提供的悬浮控制器散热器结构图。
56.1、控制计算机；2、控制电源；3、sic驱动板；4、隔板；5、sic功率模块；6、电解电容；7、输出电抗；8、快速熔断器、9、接触器；10、dc330v滤波器；11、dc110v滤波器；12、dc110v浪涌保护器；13、吸收电容；14、铜排；15、电流检测板；16、散热片；17、上板；18、下板；19、第一端板；20、第二端板；21、盖板；22、p1连接器；23、p2连接器；24、p3连接器；25、p4连接器。
具体实施方式
57.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时
针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
58.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
59.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
60.本实用新型的目的在于提供一种悬浮控制器，旨在解决现有悬浮控制器能耗高的问题。
61.请参阅图1
‑
2，为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种悬浮控制器，包括：供电单元、斩波器控制单元和sic斩波器；斩波器控制单元，与磁浮列车控制中心连接，用于根据磁浮列车控制中心发出的浮车命令产生斩波信号；sic斩波器，分别与供电单元、斩波器控制单元、第一悬浮电磁铁g1和第二悬浮电磁铁g2连接，用于根据斩波信号产生悬浮电流进而控制第一悬浮电磁铁g1和第二悬浮电磁铁g2产生悬浮力。
62.作为本实用新型另一种具体的实施方式，供电单元包括：dc330v滤波器p、接触器、充电电阻r1和快速熔断器r2。接触器，接触器的一端与dc330v滤波器p的输入端连接；充电电阻r1，充电电阻r1的一端与接触器的一端连接，充电电阻r1的另一端与接触器的另一端连接；快速熔断器r2，快速熔断器r2的一端与接触器的另一端连接，快速熔断器r2的另一端与斩波器连接。
63.作为本实用新型另一种具体的实施方式斩波器控制单元，包括：dc110v浪涌保护器；dc110v滤波器，dc110v滤波器的输入端与dc110v浪涌保护器的输出端连接；控制电源，控制电源的输入端与dc110v滤波器的输出端连接；控制计算机，控制计算机的输入端与控制电源的输出端和磁浮列车控制中心连接，控制计算机的输出端与sic斩波器连接。
64.本实用新型还包括第一电流传感器d1、第二电流传感器d2、第三电流传感器d3、第四电流传感器d4和第五电流传感器d5以及设置在快速熔断器另一端的电压传感器，用于采集电流和电压信号，防止控制器内电压或者电流达到预警值。
65.作为本实用新型另一种具体的实施方式，还包括：第一电解电容c1和第一放电板r3；第一电解电容c1，第一电解电容c1的一端与快速熔断器r2的另一端连接，第一电解电容c1的另一端与dc330v滤波器p的输出端连接；第一放电板r3，第一放电板r3的一端与第一电解电容c1的一端连接，第一放电板r3的另一端与第一电解电容c1的另一端连接。
66.作为本实用新型另一种具体的实施方式，sic斩波器包括：第一sic功率器件斩波电路；第一sic功率器件斩波电路包括:第一sic开关管q1、第二sic开关管q2、第三sic开关管q3和第四sic开关管q4；第一sic开关管q1，第一sic开关管q1的一端与快速熔断器r2的另一端连接，第一sic开关管q1的另一端与第一悬浮电磁铁g1连接；第二sic开关管q2，第二
sic开关管q2的一端与第一sic开关管q1的另一端连接，第二sic开关管q2的另一端与dc330v滤波器p的输出端连接；第三sic开关管q3，第三sic开关管q3的一端与快速熔断器r2的另一端连接，第三sic开关管q3的另一端与第一悬浮电磁铁g1连接；第四sic开关管q4，第四sic开关管q4的一端与第三sic开关管q3的另一端连接，第四sic开关管q4的另一端与dc330v滤波器p的输出端连接。
67.作为本实用新型另一种具体的实施方式，sic斩波器还包括：第二sic功率器件斩波电路；第二sic功率器件斩波电路包括：第五sic开关管q5、第六sic开关管q6、第七sic开关管q7和第八sic开关管q8。第五sic开关管q5，第五sic开关管q5的一端与快速熔断器r2的另一端连接，第五sic开关管q5的另一端与第二悬浮电磁铁g2连接；第六sic开关管q6，第六sic开关管q6的一端与第五sic开关管q5的另一端连接，第六sic开关管q6的另一端与dc330v滤波器p的输出端连接；第七sic开关管q7，第七sic开关管q7的一端与快速熔断器r2的另一端连接，第七sic开关管q7的另一端与第二悬浮电磁铁g2连接；第八sic开关管q8，第八sic开关管q8的一端与第七sic开关管q7的另一端连接，第八sic开关管q8的另一端与dc330v滤波器p的输出端连接。
68.作为本实用新型另一种具体的实施方式，还包括：第二电解电容c2和第二放电板r4。第二电解电容c2，第二电解电容c2的一端与快速熔断器r2的另一端连接，第二电解电容c2的另一端与dc330v滤波器p的输出端连接；第二放电板r4，第二放电板r4的一端与第二电解电容c2的一端连接，第二放电板r4的另一端与第二电解电容c2的另一端连接。
69.在本实用新型中，还包括滤波用的：第一电抗器l1，第一电抗器l1的一端与第一sic开关管q1的另一端连接，第一电抗器l1的另一端与第一悬浮电磁铁g1连接；第二电抗器l2，第二电抗器l2的一端与第三sic开关管q3的另一端连接，第二电抗器l2的另一端与第一悬浮电磁铁g1连接；第三电抗器l3，第三电抗器l3的一端与第五sic开关管q5的另一端连接，第三电抗器l3的另一端与第二悬浮电磁铁g2连接；第四电抗器l4，第四电抗器l4的一端与第七sic开关管q7的另一端连接，第四电抗器l4的另一端与第二悬浮电磁铁g2连接。
70.作为本实用新型另一种具体的实施方式，本实用新型中的控制计算机的输出端分别与sic驱动板1、sic驱动板2、sic驱动板3和sic驱动板4连接。其中，sic驱动板均与本发明中sic开关管的控制端连接，本发明中sic开关管为碳化硅材料制成的可控开关管，可以为碳化硅材料的三极管、igbt或者场效应管等。
71.下面对本实用新型中的悬浮控制器的原理进行说明：
72.请一并参阅图2
‑
3。该悬浮控制器为双点控制，即一个悬浮控制器内部有两路主电路，分别控制两个悬浮点的悬浮。
73.1)主电路部分：330v电源从连接器进入悬浮控制器，进过dc330v滤波器进行滤波，经过接触器后接入电解电容两端进行稳压滤波后，经过sic功率器件组成的h桥斩波电路进行斩波控制，产生电磁铁所需的励磁电流，励磁电流经过电抗器进行滤波后输出给负载。
74.控制电路部分：110v电源从连接器进入后先后经过dc110v浪涌保护器、dc110v滤波器后经过控制电源进行电压转换后输出控制电给控制计算机、4个sic驱动板、电压传感器、电流传感器进行供电。控制计算机根据接收到的信号及反馈的状态信息进行控制算法的处理，输出4路驱动信号给sic驱动模块，由4个sic驱动模块分别去驱动4个sic功率模块，以使h桥斩波电路产生电磁铁所需的励磁电流。
75.本实用新型中采用的各个电子器件还可以用悬浮控制器子系统形式进行分类表述。
76.表1悬浮控制器子系统构成
[0077][0078][0079]
在实际应用中，dc330v电压进入悬浮控制器后，经过悬浮控制器内的滤波器、接触器、直流熔断器、电解电容，送至斩波器电路，当收到浮车命令后进行斩波，然后输出电流经电抗器滤波，输出悬浮电流，悬浮电流进入悬浮电磁铁产生悬浮力，进而使列车悬浮。
[0080]
本实用新型的sic斩波器采用双斩波器设计，每套斩波器有两路单独的斩波h桥，两路斩波h桥共用一路dc330v输入，分别独立输出。
[0081]
本实用新型提供的悬浮控制器的技术参数如下：
[0082]
输入主电压：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
dc330v
[0083]
输入电压范围
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
dc260v～360v
[0084]
输入控制电压：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
dc110v
[0085]
控制电压纹波系数：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
dc77v～137.5v
[0086]
输出额定电流/功率：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
20a/1kw
[0087]
短时输出最大电流/功率：
ꢀꢀꢀ
120a/18kw(持续10s)
[0088]
斩波方式：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
pwm
[0089]
电容放电时间
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
通过斩波单元放电时间小于5s，通过固定电阻放电时间小于30min。
[0090]
最高开关频率
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
8khz
[0091]
冷却方式
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
风冷
[0092]
电力电子器件
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
sic
[0093]
重量
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
≤45kg。
[0094]
本实用新型结合具体的试验分别对sic功率模块及传统igbt功率模块进行了功耗测试。
[0095]
通过matlab软件进行计算其开通关断损耗，试验数据分别见表2、3所示。
[0096]
表2 cree品牌sic功率模块功率损耗
[0097][0098]
表3传统igbt功率模块功率损耗
[0099][0100]
根据上述实验数据，可以对比出sic功率器件的损耗是传统igbt损耗的1/7～1/6，器件本身的开关损耗大大降低。因此从开关损耗角度考虑，cree品牌sic功率模块、罗姆品牌sic功率模块都可采用，且开关频率提高到8k后sic功率管的损耗都低于传统igbt的功率损耗。因此，本实用新型中悬浮控制器使用了cree品牌sic功率模块作为sic斩波器的组成器件。
[0101]
在实际应用中，还包括：悬浮控制器箱体和悬浮控制器散热器。供电单元、斩波器控制单元和sic斩波器均设置在悬浮控制器箱体内；悬浮控制器散热器，设置在悬浮控制器箱体的一侧；sic斩波器与悬浮控制器散热器相接触。且悬浮控制器散热器的翅片垂直于地面，散热器重量约6.9kg，翅片高35mm，翅片厚2mm，齿间距11mm，基板高10mm。
[0102]
请一并参阅图4
‑
图9，下面结合具体的实施例对本实用新型提供的悬浮控制器进行进一步说明：
[0103]
1)控制电源、sic功率模块、电抗器、电流传感器，依次排布安装在悬浮控制器散热器上；
[0104]
2)控制器内部通过隔板将控制电路与主电路隔离分开放置；
[0105]
3)sic功率模块的通过两个铜排与电解电容的正负极相连；
[0106]
4)dc330v滤波器安装在悬浮控制器的箱体下板上对输入主电压330v进行滤波；
[0107]
5)110v滤波器及110v浪涌并列排布在悬浮控制器左侧端板上，对外部输入的110v电压进行滤波。
[0108]
本实用新型中悬浮控制器采用功率密度大、体积小、重量轻的sic功率器件，其具有更低的导通电阻、可以工作在更高的温度、具有更高的功率等级、更适合于高温高频工作，因而具有更低的开关损耗更能减小电解电容的参数及体积，同时减小散热单元的配置，取消风扇，改为自然风冷，减小散热器的体积、重量，减少散热风扇数量，从而降低悬浮控制器的体积、重量，提高悬浮控制器的可靠性。
[0109]
本实用新型将供电单元、斩波器控制单元和sic斩波器均设置在悬浮控制器箱体内，具有以下优点：
[0110]
1)采用模块化设计思路，可进行整体模块的安装、拆卸，提高生产、维修效率；
[0111]
2)悬浮控制器的主回路输出由两个独立的主回路构成，可以独立控制两个悬浮点；
[0112]
3)该布局在空间上把两个主回路所涉及的元器件独立摆放，独立输出，减少了两路输出之间的干扰；
[0113]
4)易损元器件快熔便于更换，操作简单，快速，大大提高设备维修时间；
[0114]
5)控制单元(控制计算机、控制电源)与主回路单元(滤波器、接触器、电解电容、sic模块、输出电抗)空间界限更明显，配合隔板使用，更有利于电磁兼容设计。
[0115]
本实用新型公开了一种悬浮控制器，包括供电单元；斩波器控制单元，与磁浮列车控制中心连接，用于根据所述磁浮列车控制中心发出的浮车命令产生斩波信号；sic斩波器，分别与所述供电单元、所述斩波器控制单元、第一悬浮电磁铁和第二悬浮电磁铁连接，用于根据所述斩波信号产生悬浮电流进而控制所述第一悬浮电磁铁和所述第二悬浮电磁铁产生悬浮力。本实用新型通过利用sic斩波器替代igbt组件作为功率控制模块可以降低悬浮控制器的电能损耗。
[0116]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换的技术方案，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。