专利名称：矿用电力机车v-mos调速控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电力机车功率场效应管(V-MOS)调速控制器，适用于矿用蓄电池机车、架线电力机车的调速控制。
目前矿用电力机车和蓄电池机车的调速控制装置，基本上采用电阻式调速装置，这种装置在起动和调速过程中耗电大，电效率低，转换时易产生火花，触头损坏严重，影响机车运行，並且不能进行无级调速。最近出现的晶闸管斩波调速装置，虽然克服了电阻式调速装置上述缺陷，但由于晶闸管开关速度慢，导通后具有自锁特性，因此晶闸管调速装置存在着下列缺点(1)工作频率低于2KHZ，节能不够显著，响应速度较慢，限流特性差，特别是低速时电流连续性差;(2)关断晶体管用的换相电容器、换相电感体积大、重量重，换相电感损耗大，(3)晶闸管元件抗干扰能力差，工作中难免出现失控。
本发明目的旨在提供一种高效节能、无级调速、体积小，既能适用于蓄电池机车、架线电力机车单电源调速控制，又能实现蓄电池和架线电力机车多电源共用的调速控制器。
本发明采用的技术方案，用V-MOS功率管构成高频斩波器;並在此基础上增设转速调节、充电转换电路和供电电源转换装置。由于V-MOS管是高频元件，作为斩波器的核心，改变其控制极脉冲的占空比，即可改变斩波器输出电压，达到无级调速目的，而且具有很高斩波频率(高达50KHZ)，使得滤波元件的体积、重量远低于晶闸管电路中的滤波元件，从而减少整机体积损耗。增设的转速调节、充电转换电路能使控制器在正常运行时处于调速工作状态，机车停止运行时转入由架线电源通过V-MOS斩波器向蓄电池充电，增设的供电电源转换装置能使该调速控制器能适应不同的供电电源。
本发明的详细技术内容由实施例及其附图给以进一步说明。
图1是实施例矿用电力机车调速控制器的电路框图。
图2是实施例电原理图。
由图1，实施例的工作流程电路包括供电电源转换电路，抗干扰、抗冲击电路、V-MOS高频斩波电路、输出滤波指示电路、调速、充电转换电路、电机正反转控制电路(至负载直流电动机)。
供电电源转换装置实际上是一个手动转换开关XK1，该手动转换开关XK1串接在供电电源和高频斩波器输入端之间。转换开关的各输入端分别接不同的供电电源，实施例为二种电源。
抗干扰、抗冲击电路是为防止该控制装置和外电路工作相互干扰而设置的，由电感LD、电容C1和压敏电阻MYL1组成，设置在高频斩波器输入端与供电电源之间。
V-MOS高频斩波(器)电路是调速控制装置的核心电路，由V-MOS功率管组成，视机车电动机功率可由若干数量V-MOS管并接，本实施例采用50只(图中V1-V50)并接，V-MOS功率管的源极与供电电源(或通过抗干扰、抗冲击电路接供电电源)连接，控制极与高速驱动电路的输出端连接，漏极接输出滤波电路的输入端。控制送入控制极的脉冲占空比，即可调压，实现无级调速。
输出滤波指示电路由电感L1、电容C3、C4组成，图2中，二极管VD1、VD2为高频续流二极管，确保低速电流的连续，减少电流波动和电机铁芯的损耗，提高了机械特性，电流表A、电压表V用于指示输出直流电压、电流。
调速、充电转换电路是一个调速、充电转换开关XK2，该开关接在滤波电路的输出端，其常闭触头接电机正反转控制电路的输入端，常开触头接供电电源蓄电池充电端。正常运行时把开关拨至调速位置，停车转入充电位置，由550V电源通过V-MOS斩波器向90-140V的蓄电池充电。
图2中，时基集成电路N4(NE555)、三极管V101和场效应管V102，V-MOS功率管V103和V104组成三级互补推挽电路。由于多级整形放大，内阻小，脉冲波形接近于理想的方波，大大减少高频开关开通和关断损耗，并有较强的带负载能力。电阻R3-R10为偏置电阻、限流电阻，R12-R61为克服场效应管并联产生振荡的电阻，VD3和C10、C11组成隔离电源，防止触发脉冲干扰主振荡及控制电路。三级互补推挽电路作为V-MOS高频斩波电路的高速驱动电路，其输出端接V-MOS功率管(V1-V50)的控制极。
专用集成电路N3(W1524)、电阻R64、电容C15和电位器W1组成PWM脉宽调节电路，电阻R64接W1524的第6脚，电容C15接第7脚，电位器W1中心抽头接输入端第2脚，W1524的输出端第12、13脚(即脉宽调节电路的输出端)接时基集成电路Nx4的输入端第2、6脚(即高速驱动的输入端)。为防止V-MOS功率管(V1-V50)出现异常温度时而损坏，实施例在W1524的输出端与时基集成电路NE555的输入端之间设置温控开关Kt，温控开关Kt贴近在V-MOS功率管(V1-V50)的散热板上。当功率管出现异常温度时，温控开关Kt断开，切断脉冲输出电路，达到保护作用。电容C19-C21为滤波电容，电阻R71-R74为偏置电阻。R64、C15与W1524组成振荡电路，改变RC数值，可以改变高频斩波器的工作频率。当W1抽头位置上升时，输到W1524第2脚的电位上升，经放大输出脉宽增大，从而提高转速式电流。
取样电阻FL和运算放大器N2组成限流检测电路，其中，取样电阻FL接在V-MOS高频斩波器电路输出端与输出滤波电路的输入端之间，取样电阻上的电压信号输入到运算放大器N2的输入端，经放大，控制PWM脉宽调节电路。
当高频斩波器输出电流(M点)超过额定值时，经N2-1、N2-2放大，使PWM专用电路的控制端(第9脚电位降低，从而使脉冲变窄，限制了过载电流，限流值由调速限流电位器W调节，电位器W3并联在放大器N2-2的反相输入端和输出端上。
由于架线电源(550V)和蓄电池电压相差较大，对于同规格直流电动机，架线电源供电时最大脉宽应远小于蓄电池供电的脉宽，为此，在脉宽调节电路中设置一个继电器J1，其电磁线圈并接在高频斩波电路输入端。当架线电源供电时J1吸合，常闭触头断开，使电位器W1最大输出电压下降，从而限制了最大脉宽。
K1-K8和手动转换开关组成电机正反转控制电路。K1、K3、K5、K7接通时为正转;K2、K4、K6、K9接通时为反转。
为了使蓄电池工作在最佳充电位置，在限流比较器N2-1反相输入端与限流电位器W2之间并接继电器J2，其电磁线圈并接在调速充电转换开关的调速触头上。
集成电路N1(NE555)、高频变压器B1、V-MOS管V111组成辅助电源逆变电路，产生较稳定的高频电压。三极管V110和稳定管V113及其外围元件组成稳压电源，以提供高稳定、高平直的直流工作电源。
R1、C2及压敏电阻MYL2组成过压保护电路，保护高频斩波电路中的V-MOS功率管。
综上所述，本矿用电力机车V-MOS调速控制器具有以下优点(1)采用V-MOS和PWM组成高频斩波器，工作频率高达50KHZ、体积小、噪声低、电效率高，(2)采用PWM脉宽调节电路，集控制、调节、保护为一体，简化电路结构，提高电性能，(3)采用三极互补推挽驱动电路，对控制信号进行整形、放大，使主功率管触发脉冲前后沿徒直，高频开关损耗减少，(4)适应电源广，不同供电源源采用公共调速器，在有架线电源地段采用架线电源供电，在无架线电源(例如防爆)地段采用蓄电池供电。这种供电方式，电阻式调速器、晶闸管调速器均无法实现，(5)脉宽调节电路PWM既可用于调速也可用于充电电流调节，简化了充电的方法。因此，本调速控制器是一种实用性较强的矿用电力机车的调速控制装置。
权利要求
1.一种矿用电力机车调速控制器，包括供电电源、斩波器电路、输出滤波指示电路、电机正反转控制电路，其特征在于斩波器电路由V-MOS高频斩波电路、PWM脉宽调节电路、高速驱动电路组成，V-MOS高频斩波电路由V-MOS功率管组成，其源极与供电电源连接，控制极与高速驱动电路的输出端连接，漏极接输出滤波电路的输入端。
2.根据权利要求1所述的矿用电力机车调速控制器，其特征在于供电电源和高频斩波器之间有一个手动转换开关XK1，转换开关的各输入端分别接不同的供电电源。
3.根据权利要求1或2所述的矿用电力机车调速控制器，其特征在于滤波电路的输出端接有调速、充电转换开关XK2，其常闭触头接电机正反转控制电路的输入端，常开触头接供电电源蓄电池的充电端。
4.根据权利要求1或2所述的矿用电力机车调速控制器，其特征在于调速驱动电路是一个三级互补推挽电路，由时基集成电路N4、三极管V101和场效应管V102、V-MOS功率管V103和V104组成，三极管互补推挽电路的输出端接V-MOS高频斩波电路的V-MOS功率管的控制极。
5.根据权利要求3所述的矿用电力机车调速控制器，其特征在于高速驱动电路是一个三级互补推挽电路，由时基集成电路N4、三极管V101和场效应管V102、V-MOS功率管V103和V104组成，三级互补推挽电路的输出端接V-MOS高频斩波电路的V-MOS功率管的控制极。
6.根据权利要求1或2所述的矿用电力机车调速控制器，其特征在于PWM脉宽调节电路由专用集成电路W1524、电阻R64、电容C15和电位器W1组成，电阻R64接W1524的第6脚，电容C15接第7脚，电位器W1中心抽头接输入端第2脚，脉宽调节电路的输出端接高速驱动电路的输入端。
7.根据权利要求3所述的矿用电力机车调速控制器，其特征在于PWM脉宽调节电路由专用集成电路W1524、电阻R64、电容C15和电位器W1组成，电阻R64接W1524的第6脚，电容C15接第7脚，电位器W1中心抽头接输入端第2脚，脉宽调节电路的输出端接高速驱动电路的输入端。
8.根据权利要求6所述的矿用电力机车调速控制器，其特征在于PWM脉宽调节电路设置继电器J1，其电磁线圈并接在高频斩波电路的输入端。
9.根据权利要求1所述的矿用电力机车调速控制器，其特征在于V-MOS高频斩波器电路输出端与输出滤波电路的输入端之间接有取样电阻FL，取样电阻上的电压信号输入到运算放大器N2的输入端。
10.根据权利要求6所述的矿用电力机车车调速控制器，其特征在于PWM脉宽调节电路的输出端和高速驱动电路的输入端之间设置温控开关Kt贴近在V-MOS功率管的散热板上。
全文摘要
本发明涉及一种矿用电力机车调速控制器，包括供电电源、斩波器电路、输出滤波指示电路，电机正反转控制电路，其特征在于斩波器电路由V-MOS高频斩波电路、PWM脉宽调节电路、高速驱动电路组成，供电电源和高频斩波器之间有一个手动转换开关，转换开关的各输入端分别接不同的供电电源，滤波电路的输出端接有调速、充电转换开关。该调整控制器较之电阻式、晶闸管式控制装置具有高效节能、无级调速以及能适应不同供电电源等优点。
文档编号B60L15/00GK1070373SQ9110905
公开日1993年3月31日 申请日期1991年9月13日 优先权日1991年9月13日
发明者刘希真, 陈策 申请人:陈策, 刘希真