无级调速电机车驱动电路的设计及其工作原理分析.doc

无级调速电机车驱动电路的设计及其工作原理分析.doc 无级调速电机车驱动电路的设计及其工作原理分析 中铁隧道集团四处有限公司 张恒辉 ( CRTG -4 th Henghui Zhang ) 摘 要 : 本文为解决无级调速电机车可控硅驱动电路频繁损坏的故障，根据其工作原理进行了故障判断分析，确认故障源为驱动电路。通过对原驱动电路参数 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 制定解决方案，经过多次试验和改进，重新设计制作了驱动电路板，根治了同类故障。 Brief : This article introduce the method of how to judge the trouble and analysis the data of driving circuit , give the plan of eliminating the trouble of thyristor driving circuit in stepless motor vehicle by Re-design the driving board of electrical . 关键词:无级调速电机车 工作原理 驱动电路 设计 Key Word :Stepless Motor Vehicle Principle of working Driving Circuit Design 1.前言 可控硅无级调速电机车以其较高的可操作性、经济性和安全性正逐步广泛应用于隧道和地下巷道 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 的运输作业。英国CLAYTON公司生产的CBL-16型可控硅无级调速电机车九十年代末进入中国市场，在使用过程中均出现了可控硅驱动电路频繁损坏的情况。为了能根治此类故障，本人重新设计制作了驱动电路与之匹配使用。经实践，使用效果良好。本文对可控硅无级调速电机车的设计和故障排除有一定借鉴作用。 2.工作原理分析 CLAYTON公司是一家专门生产电瓶牵引机车的跨国公司，其产品从1.75至40吨规格均有生产。CBL-16型基本技术参数见 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 一。为找到故障源必须系统的分析电机工作驱动控制原理，下面分别对主电路、控制电路的工作原理进行说明。 项 目 参数值 机车重量(包括驾驶者、沙、不含电瓶) 12100kg 重量 电瓶和电瓶箱重量 3900kg 机车工作重量 16000kg 额定牵引力 20400牛顿 额定速率 11.1km/h 运行 数据 最大牵引力(附着系数为0.25) 40000牛顿 最高运行速率 37km/h 型号 奥克地尔D8型 单只电瓶容量 104A.h 电瓶 数量 100只 正常放电时间 6小时 型号 M4直流电机 牵引 电机 规格 50HP 200V - 1 - 表一 CBL-16型电机车参数表 FORM 1. Parameters of CBL-16 Motor Vehicle 2.1主电路(图1): 整机有两台M4直流电机提供动力，每台电机均有一套独立的控制电路。当电机启动时，踏下脚踏开关DM使制动阀BAV动作而松开刹车，同时方向继电器DSR通电动作， 合上DSR/1,4四个开关使1号电机和2号电机的控制电路同时通电工作。为保证安全，在低压限位阀LAP的作用下，启动前若刹车气压在4.1bar以下则不能启动。DS控制着电机车行进的前后方向。 2.2控制电路(图2): 按主要作用大致可分为谐振直流开关电路、速度控制电路和可控硅驱动电路等三部分。 2.2.1谐振直流开关如图2中虚线所示部分。T为主可控硅，T为换向可控硅。直流电12 机是与此开关电路串联后，再与电瓶串联从而形成一个工作回路。R为10M的放电电阻，2 可以使电容C在停机时缓慢放电。 a.开关闭合:驱动电路板中输出U方波脉冲触发T，则电容C按图示极性充电，342 主电容电压U等于电瓶电压Ea时，I=0。T因I小于其导通维持电流I而关断。接着，CC2Ch2T被高电平U触发而导通，负载电流I经负载流过T到电瓶负极。同时被充电的电容C112ZI B+通过T经谐振回路L-D-C放电，至U=0，又通过同样的谐振回路反向充电，至U=,Ea11CC B+时止。这就是导通状态(开关闭合)，直流电机通电工作。 MCB4MCB1MCB2MCB1 指示灯指示灯A压缩LAPCC空气1A2DMA/B+A/B+DSR/2压缩 1 2电枢电枢控控CCG空气AA号号AA1DSR/1AA2制制AASTS/2电电STS/1Y1Y2电电FR空压机F励磁线圈机机励磁线圈 电机路路YY1YY2R221,参见图2,121,参见图2,R前后DSR/3DM/KSDSR/4前BAV后DM/KS后空压机前DSR 线圈B -B -OFF B - B - 图1 主电路图 Figure 1. the main circuit - 2 - FR/1A/B+ 调速变阻器 D2D3WRR/1 AA直流接触器8141516F 11CFRCR速7 FR/3RR/3度1R控10DM/KS制4 器6谐振直流开关 5驱952T1动11R2C电cIT429路3板D1IzL 后 前过流感应器FRRR 图2 控制电路图B- Figure 2. control circuit b.开关断开:待第二次触发脉冲U送来，T导通，U反向加于T强迫其关断。尔后，342C1电容C经T，电源Ea，电机(电枢和磁场线圈)放电至U=0后，又正向充电，至I,2CCI时(I为可控硅T导通最小维持电流)，T关断。这便是开关断开状态，此时直流电h2h222 机不工作。同时在电容C上充电至U=Ea，为下次开关的关断作好准备。 C 在上述工作过程下，随着高电平U和U周期性地送出， T和T也随着周期性地开123412通和关断，达到了控制直流电机转速的目的。 2.2.2速度控制电路: 相当于方波发生器，其主要功能是在负反馈回路下产生经过调制放大的方波信号。它可以通过变频或改变方波信号的占空比来达到调速的目的。CBL-16型电机车是通过调整调速变阻器W的阻值来改变输出方波信号的占空比。方波信号占空比的变化通过驱动电路而使可控硅T、T的导通比发生变化，使电机的转速也随之发生变化。它将产生的12 方波信号通过5号线传入驱动电路板。 2.2.3 驱动电路: 其主要将从速度控制器5号线传入的方波信号U改制成一组反相信号，经过放大后59 通过1、2端和3、4端输出U和U分别触发主可控硅T和换向可控硅T。U和U、U 123412591234之间的关系如图3所示。另外，驱动电路还应有过流保护的功能，当主回路上电流I过Z - 3 - 大时，连在过流感应器上的9号线电压升高从而使U降低，当U接近零时，1、2和3、5959 4端便没有触发信号了，此时主回路关断。 U59 T U12 U34T 1t2t3t4t5 图3 触发脉冲的波形比较 Figure 3. trigger pulse waveform comparison T3.故障现象分析 t故障现象:故障电机车启动时，踏下DM脚踏开关，方向继电器DSR动作。推动调整手柄。两只电机工作指示灯均亮。同时控制箱里的直流接触器CF或CR合上(根据行进方向)，机车开始移动。但若再继续推动调速手柄加速，直流接触器跳闸，1号电机指示灯灭，只有2号电机在运转。重复上述过程亦是如此。 通过故障现象分析，可以认为电机没有问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。问题大致可能出在直流谐振开关电路、速度控制电路或驱动电路上。因为现象明显是主回路过流后引起的主可控硅关断。将1、2号电机的速度控制电路板互换，故障依旧。同样再互换驱动电路板，这时1号电机正常了，但2号电机出了现了上述故障，可以初步判定故障出在驱动电路上。用示波器测试图2中5、9脚间的波形正常，为2伏左右的方波，而故障驱动电路板中的U却无波34形输出。这便导致了换向可控硅T2无法导通从而使主可控硅T1导通后不能有效关断，造成了主回路过流，直流接触器保护性跳闸关机。 4.解决方案 4.1基本要求: 由于原装驱动电路板价格昂贵，且很难获得，只能考虑修复或自制。原件线路板全部用黑色硅胶封死，只能看到所引出的几根控制线，修复难度很大。为了从根本上解决问题，我们决定自制一个驱动线路板。此线路板达到以下三点要求即可: a. 输出一组U、U反相方波，同时U与U同相，并随U变化而变化。 1234125959 b. 输出的方波脉冲U和 U要有足够的功率来驱动可控硅T和T。 123412 c. 要通过过流感应器上U的变化来控制U的脉冲方波输入，达到过流保护作用。 1959 4.2 设计说明及电路分析: 经过多次试验和改进，我们参照其工作原理设计了如图4的驱动电路，元器件均采用常见国产件。单个制作成本也不高，不到二百元。 - 4 - 电路分上下相互独立的两部分组成，分别从图4的1、2间和3、4间输出U和U1234方波脉冲。为了保证U和U反相，在电路的上部分多加了三极管TR作为反相器。其余12341 部分基本相同。5、9为信号输入线，1、2和3、4为两组触发脉冲的输出端。C、C为12滤波电容组，其中C为电解电容。6号线为+10V的电源正级，1、3接地。整个电路用了1 五只NPN三极管和两只PNP三极管，型号已在图4中标明。 为了分析方便，我们可以将图4中的三极管均作为开关管来理解。先来看驱动电路图的下半部分，当5端为高电平时(即U为高电平)，TR导通，使A点相当于通过二极595 管D及TR接地，从而使B点为低电平，TR是关断状态。同时，由于C点的电压由高降357 低而使TR导通，从而通过R输出了高电平至2端，U为高电平。同理，当5端为低电61912 平时，TR和TR关断，TR导通，使2线和1线相通，U输出为低电平。 56712 上半部分与此工作原理相似，仅多了TR反相器而已。当5端输入为高电平时，TR11导通使信号到E点时为低电平，因而TR 、TR关断，TR 因D点的高电平而导通，从而234 使3、4线相通，U输出低电平。同理，当5端输入为低电平时，U输出为高电平。 3434 过流保护的功能:当主回路上电流I过大时，连在过流感应器上的9号线电压升高Z 从而使U降低，当U接近零时，实际上等于5端输入的低电平，此时U为低电平、U59591234为高电平，从而使主可控硅T在下个工作周期无法导通、而换向可控硅T导通迫使主可12控硅T立即关断。 1 D1, R1R291K1KR5 470R66.7K R14TR3R3D21K3CG120TR12KR3 1K3DA87DC3TR2R180.0013DA87D33Ω10WR7 2KR8 8.7K5TR43DG1804 ，C1C2R10470μ0.011KTR6CR1533CG1201KR9D3470A 2R16R19 33Ω 10W2.2KR12 6.7K5TR3DA87DTR7BC4R113DG1800.01R172.2K1K 1 图,　驱动电路图 Figure 4. drive circuit - 5 - 在示波器上调试好波形后试机，电机车工作良好。达到了正常运行的要求。 5 几点体会 1 为保证电机车稳定地工作，可控硅调速信号线部分均要加上屏蔽线，以防其受5. 干扰误动作。 5.2 主可控硅 T的导通时间不能过长，否则电容C会因漏电阻而放电使T不能可11靠关断。这就要求在设计U波形时，占空比不能过大。 59 5.3 主可控硅T在关断瞬间会在直流电机两端产生约500伏特尖峰电压，对直流电1 机的性能提出较高的要求。 5.4 由于受到谐振开关回路的限制，可控硅T 、T的导通频率不高。如果用大功12 率的IGBT管作开关管(可并联使用)，不但电路相对简单，其工作可靠性和速度调节范围也会大大提高。因为IGBT功率管不仅开关频率高而且其导通关断的控制只需一组驱动信号即可完成，其占空比理论上可达到0,100%可调。 参考文献: 1 原魁 刘伟强 《变频器基础及应用》 北京 冶金工出版社 1998 何希才《新型开关电源及其应用[M]》北京 人民邮电出版社.1996. 2 3 卢家林 苏彦民 白小青《30kVA逆变电源中IGBT的驱动与保护》(电源技术应用2004.12) - 6 -