專利名稱：跨座式單軌列車牽引變流器的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種牽引變流器裝置，具體的說，涉及一種跨座式單軌列車的牽引變流器。
背景技術(shù)：
牽引變流器對牽引電動機起控制和調(diào)節(jié)作用，從而控制列車的運行，是列車上最關(guān)鍵的設備之一。目前，城市軌道交通已成為我國交通發(fā)展的主流，跨座式單軌列車具有線路占地面積小、爬坡能力強、通過曲線半徑小、建設費用低、噪音小等諸多優(yōu)點，尤其適用于山地等地形結(jié)構(gòu)復雜的城市，我國重慶二號線已經(jīng)建成跨座式單軌列車并成功運營多年，但是原車牽引系統(tǒng)采用國外技術(shù)，一旦牽引系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，維修困難，需要聯(lián)系國外原廠維修，費時費力，若出現(xiàn)損壞不能使用，需要重新購買，使用成本高，且不能及時更換，浪費時間。而國內(nèi)現(xiàn)有的牽引變流器由于性能參數(shù)、接口、穩(wěn)定性等各方面不能匹配，故障率高，不能取代國外產(chǎn)品。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有城市單軌列車用牽引變流器存在的上述不足，提供了一種牽引及制動可靠、控制精度高、功率模塊故障率低的跨座式單軌列車牽引變流器，該變流器還能夠進行行防滑、沖動限制控制，并具有故障診斷和導向安全、網(wǎng)絡等功能。本實用新型的技術(shù)方案是一種跨座式單軌列車牽引變流器，該牽引變流器包括主電路模塊和控制電路，主電路模塊設有預充電電路、過壓保護電路、輸入濾波電路和牽引逆變電路模塊，其中，預充電電路為輸入濾波電路預充電并限制充電電流，輸入濾波電路為牽引逆變電路提供穩(wěn)定的直流電壓、并進行電壓沖擊保護和限制諧波，過壓保護電路控制輸入濾波電路中濾波電容上的電壓，防止濾波電容上的電壓過高，牽引逆變電路模塊為含有IGBT功率半導體、支撐電容、導流元件、IGBT驅(qū)動及保護的功率模塊，用于直流電壓逆變成三相交流電，驅(qū)動牽引電機，該功率模塊采用高壓薄膜電容作為支撐電容、低雜散電感的復合疊層母線排作為導流元件；控制電路包括牽引控制器TCU、電流傳感器和電壓傳感器，牽引控制器TCU分別與電流傳感器和電壓傳感器連接，并采集電壓、電流及轉(zhuǎn)速信號來控制牽引逆變電路的輸出和完成電路保護，電流傳感器安裝在牽引逆變電路模塊上，實時測量變流器的輸入電流和輸出電流。優(yōu)選的是，牽引控制器T⑶采用浮點型DSP加現(xiàn)場可編程門陣列FPGA架構(gòu)，其中，浮點型DSP用于邏輯控制、牽引控制算法實現(xiàn)；現(xiàn)場可編程門陣列FPGA負責采集、脈沖輸出、故障保護。優(yōu)選的是，浮點型DSP通過從現(xiàn)場可編程門陣列FPGA得到的各個信號的采集量和司機臺的控制指令進行邏輯控制、牽引控制算法實現(xiàn)，現(xiàn)場可編程門陣列FPGA將DSP的計算結(jié)果生成相應的脈沖信號驅(qū)動IGBT。優(yōu)選的是，輸入濾波電路為由電容FC和電感FL組成濾波回路。[0008]優(yōu)選的是，牽引逆變電路模塊上還含有用于散熱的熱管散熱器。優(yōu)選的是，該牽引變流器采用矢量控制算法，進行轉(zhuǎn)矩和磁通的解耦控制，使得牽引系統(tǒng)動態(tài)性能近似于直流電機的調(diào)速性能。本實用新型的有益效果是(I)本實用新型主電路采用模塊化設計，減少了設備的體積和重量，其中，牽引逆變電路模塊選取IGBT功率半導體技術(shù)，允許高開關(guān)頻率的控制，且采用低雜散電 感的復合疊層母線排，減小了 IGBT關(guān)斷時回路雜散電感在較高的di/dt作用下產(chǎn)生的電壓過沖，從而有效降低了 IGBT損壞的幾率，提高了系統(tǒng)可靠性；且牽引逆變電路模塊采用熱管散熱器，保證散熱效果的同時，還可以做到幾乎終生免維護。(2)本實用新型采用實時性、可靠性和可維護性好的牽引控制器TCU，該控制器采用浮點型DSP加現(xiàn)場可編程門陣列FPGA架構(gòu)，系統(tǒng)靈活性高，實時性好，同時具有掉電延時功能，保證系統(tǒng)掉電時完成重要數(shù)據(jù)的保存。該控制器配置了 RS232、CAN、MVB(或20mA電流環(huán))網(wǎng)絡接口，能夠滿足網(wǎng)絡傳輸、系統(tǒng)維護等要求。(3)本實用新型變流器控制采用矢量控制方法，進行轉(zhuǎn)矩和磁通的解耦控制，使得系統(tǒng)動態(tài)性能近似于直流電機的調(diào)速性能，轉(zhuǎn)矩響應好，控制精度高，保證單軌車運行時系統(tǒng)響應快速、運行平穩(wěn)、旅客舒適度高，；系統(tǒng)電制動與空氣制動配合緊密，電制動退出速度可低至lkm/h ;完善的邏輯保護、故障記錄等保證了系統(tǒng)安全可靠的運行。

附圖I為本實用新型具體實施例主電路的原理圖。附圖2為本實用新型牽引控制器T⑶的邏輯框圖。附圖3為本實用新型采用的矢量控制算法示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步說明。一種跨座式單軌列車牽引變流器，該牽引變流器包括主電路模塊和控制電路，主電路模塊設有預充電電路、過壓保護電路、輸入濾波電路和牽引逆變電路模塊，其中，預充電電路為輸入濾波電路預充電并限制充電電流，輸入濾波電路為牽引逆變電路提供穩(wěn)定的直流電壓、并進行電壓沖擊保護和限制諧波，過壓保護電路控制輸入濾波電路中濾波電容上的電壓，防止濾波電容上的電壓過高，牽引逆變電路模塊用于將直流電壓逆變成三相交流電，驅(qū)動牽引電機?？刂齐娐钒恳刂破鱐⑶、電流傳感器和電壓傳感器，牽引控制器TCU分別與電流傳感器和電壓傳感器連接，并采集電壓、電流及轉(zhuǎn)速信號來控制牽引逆變電路的輸出和完成電路保護，電流傳感器安裝在牽引逆變電路模塊上，實時測量變流器的輸入電流和輸出電流。牽引控制器T⑶采用浮點型DSP加現(xiàn)場可編程門陣列FPGA架構(gòu)，其中，浮點型DSP用于邏輯控制、牽引控制算法實現(xiàn)；現(xiàn)場可編程門陣列FPGA負責采集、脈沖輸出、故障保護；浮點型DSP通過從現(xiàn)場可編程門陣列FPGA得到的各個信號的采集量和司機臺的控制指令進行邏輯控制、牽引控制算法實現(xiàn)，現(xiàn)場可編程門陣列FPGA將DSP的計算結(jié)果生成相應的脈沖信號驅(qū)動IGBT。牽引逆變電路模塊為含有IGBT功率半導體、支撐電容、導流元件、IGBT驅(qū)動及保護的功率模塊，該功率模塊采用高壓薄膜電容作為支撐電容、低雜散電感的復合疊層母線排作為導流元件；牽引逆變電路模塊上還含有用于散熱的熱管散熱器，保證散熱效果的同時，還可以做到幾乎終生免維護。輸入濾波電路為由電容FC和電感FL組成濾波回路。該牽引變流器采用矢量控制算法，進行轉(zhuǎn)矩和磁通的解耦控制，使得牽引系統(tǒng)動態(tài)性能近似于直流電機的調(diào)速性能。工作時，牽引系統(tǒng)接收司機臺傳輸過來的方向、檔位、運行模式等控制信號，同時將車體帶電復位、VVVF復位等運行狀態(tài)信息反饋給司機臺，變流器根據(jù)司機臺的指令要求，通過電壓極電流傳感器實時采集當前系統(tǒng)運行時的電壓、電流、車速等信號，計算出下一時刻變流器的輸出；同時牽引系統(tǒng)通過MVB網(wǎng)絡或20mA電流環(huán)網(wǎng)絡將自身運行狀態(tài)以及相關(guān)的故障保護信息傳遞給網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)，從而使司機能夠?qū)崟r掌握列車運行狀態(tài)。該牽引系統(tǒng)的工作過程如下T⑶通過司機臺手柄獲得指令轉(zhuǎn)矩通過反饋的車速信號得到指令磁鏈，由磁鏈觀測器得實際磁鏈仏用觀測出的磁鏈計算得到實際轉(zhuǎn)矩t，轉(zhuǎn)矩與磁鏈的實際值與指令值的差分別作為PI調(diào)節(jié)的輸入，得到指令勵磁電流/:與指令轉(zhuǎn)矩電流O，再與經(jīng)過坐標變換后的實際勵磁電流匕和轉(zhuǎn)矩電流I相減進行PI調(diào)節(jié)，得到參考電壓Ust和Ust，經(jīng)過坐標變換作為空間矢量調(diào)制(SVPWM)模塊的輸入，將其進行基于統(tǒng)一電壓調(diào)制技術(shù)的空間矢量調(diào)制，即可得到控制逆變器的6路IGBT脈沖信號，由此實現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩和磁鏈的解耦控制，使牽引系統(tǒng)具有快速的轉(zhuǎn)矩響應和良好的低速性能。
權(quán)利要求1.一種跨座式單軌列車牽引變流器，其特征在于該牽引變流器包括主電路模塊和控制電路，主電路模塊設有預充電電路、過壓保護電路、輸入濾波電路和牽引逆變電路模塊，其中，預充電電路為輸入濾波電路預充電并限制充電電流，輸入濾波電路為牽引逆變電路提供穩(wěn)定的直流電壓、并進行電壓沖擊保護和限制諧波，過壓保護電路控制輸入濾波電路中濾波電容上的電壓，防止濾波電容上的電壓過高，牽引逆變電路模塊為含有IGBT功率半導體、支撐電容、導流元件、IGBT驅(qū)動及保護的功率模塊，用于直流電壓逆變成三相交流電，驅(qū)動牽引電機，該功率模塊采用高壓薄膜電容作為支撐電容、低雜散電感的復合疊層母線排作為導流元件；控制電路包括牽引控制器TCU、電流傳感器和電壓傳感器，牽引控制器TCU分別與電流傳感器和電壓傳感器連接，并采集電壓、電流及轉(zhuǎn)速信號來控制牽引逆變電路的輸出和完成電路保護，電流傳感器安裝在牽引逆變電路模塊上，實時測量變流器的輸入電流和輸出電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的跨座式單軌列車牽引變流器，其特征在于牽引控制器TCU采用浮點型DSP加現(xiàn)場可編程門陣列FPGA架構(gòu)，其中，浮點型DSP用于邏輯控制、牽引控制算法實現(xiàn)；現(xiàn)場可編程門陣列FPGA負責采集、脈沖輸出、故障保護。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的跨座式單軌列車牽引變流器，其特征在于浮點型DSP通過從現(xiàn)場可編程門陣列FPGA得到的各個信號的采集量和司機臺的控制指令進行邏輯控制、牽引控制算法實現(xiàn)，現(xiàn)場可編程門陣列FPGA將DSP的計算結(jié)果生成相應的脈沖信號驅(qū)動IGBT。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的跨座式單軌列車牽引變流器，其特征在于輸入濾波電路為由電容FC和電感FL組成濾波回路。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的跨座式單軌列車牽引變流器，其特征在于牽引逆變電路模塊上還含有用于散熱的熱管散熱器。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的跨座式單軌列車牽引變流器，其特征在于該牽引變流器采用矢量控制算法，進行轉(zhuǎn)矩和磁通的解耦控制，使得牽引系統(tǒng)動態(tài)性能近似于直流電機的調(diào)速性能。
專利摘要本實用新型涉及一種跨座式單軌列車牽引變流器，該牽引變流器包括主電路模塊和控制電路，主電路模塊設有預充電電路、過壓保護電路、輸入濾波電路和牽引逆變電路模塊；控制電路包括牽引控制器TCU、電流傳感器和電壓傳感器，牽引控制器TCU分別與電流傳感器和電壓傳感器連接，并采集電壓、電流及轉(zhuǎn)速信號來控制牽引逆變電路的輸出和完成電路保護。本實用新型主電路采用模塊化設計，體積小、重量輕，其中，牽引逆變電路模塊選取IGBT功率半導體技術(shù)，允許高開關(guān)頻率的控制，且采用低雜散電感的復合疊層母線排，減小了IGBT關(guān)斷時回路雜散電感在較高的di/dt作用下產(chǎn)生的電壓過沖，IGBT損壞的幾率低，系統(tǒng)可靠性高。
文檔編號B61C3/00GK202798517SQ20122023408
公開日2013年3月13日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者孫國斌, 牟述佳, 王長昌, 薛浩飛, 賈波, 張亞偉, 曲鵬, 遲久鳴, 孫叢君, 徐先偉, 王乾, 周揚, 王善芬, 夏猛, 張春磊 申請人:青島四方車輛研究所有限公司