專利名稱：直流斬波穩(wěn)壓電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種直流斬波穩(wěn)壓電源裝置，適用于煤礦及其他礦山架 線式電力機(jī)車供電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，煤礦、冶金等礦山企業(yè)的產(chǎn)能在逐漸提高，運(yùn)輸 量逐年增加，原來(lái)設(shè)計(jì)的供電網(wǎng)絡(luò)已不能適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)發(fā)展的需求。若 要更改供電網(wǎng)絡(luò)，將要有不菲的投入，而且要停產(chǎn)，對(duì)生產(chǎn)造成影響。本裝 置安裝在運(yùn)輸機(jī)車的受電輸入側(cè)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，高頻率可關(guān)斷， 大功率的電力電子產(chǎn)品走向成熟，結(jié)合計(jì)算機(jī)智能控制，采用直流斬波技術(shù) 來(lái)提高供電質(zhì)量，提高運(yùn)輸機(jī)車的牽引特性，具有投資小，見效快，不影響 生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)
一種直流斬波穩(wěn)壓電源裝置，是由箱體、冷卻風(fēng)機(jī)、輸入電壓取樣、輸 出電壓取樣、故障可控硅、輸入可控硅、輸入端子、電抗器端子、斬波功率 管、電流檢測(cè)霍耳、散熱器、輸入電容、二極管模塊、均壓及充電電阻、輸 出電容、輸出端子構(gòu)成。主回路采用箱體式重疊式母板結(jié)構(gòu)，功率器件裝在 箱體內(nèi)散熱器上，散熱器后面置有冷卻風(fēng)機(jī)，箱體左側(cè)輸出端子，右側(cè)為電 源輸入正極；電源經(jīng)輸入端子供電進(jìn)來(lái)，先通過(guò)充電電阻把電壓加到輸入電 容和斬波功率管上，輸入可控硅接均壓及充電電阻，直流電直接供給電容和 斬波功率管IGBT，同時(shí)由控制板發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)斬波功率管，輸出由電 壓取樣檢測(cè)并反饋給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入電壓取樣和輸出電壓取樣的反 饋值，調(diào)節(jié)斬波功率管的占空比；外接電抗器接在電抗器端子上，由電流檢 測(cè)霍耳控制流過(guò)的電流，電抗器端子輸出接在輸出端子上，可控硅并接在輸 入電源上，二極管模塊內(nèi)有兩路， 一路串接在充電回路中，另一路并在斬波 單元的正負(fù)極上。本實(shí)用新型各功率器件的功能及作用
1、 箱體采用3mm鋼板壓制、焊接而成，保證了整個(gè)裝置的堅(jiān)固性。
2、 冷卻風(fēng)機(jī)裝置采用強(qiáng)制風(fēng)冷，由風(fēng)機(jī)帶走功率元件損耗產(chǎn)生的熱
量，保證元件正常工作。
3、 輸入電壓取樣檢測(cè)輸入電壓供控制板進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。
4、 輸出電壓取樣檢測(cè)輸出電壓，控制板根據(jù)負(fù)載變化對(duì)功率管占空比 適時(shí)調(diào)節(jié)，保證輸出電壓穩(wěn)定。
5、 故障可控硅當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，若輸出電壓不能控制，控制板將輸 出觸發(fā)信號(hào)，此可控硅導(dǎo)通，使輸入側(cè)幵關(guān)跳閘，防止故障擴(kuò)大。
6、 輸入可控硅系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)經(jīng)充電電阻給輸入電容充電，當(dāng)電壓升到控 制板的工作值時(shí)，控制板工作，系統(tǒng)要運(yùn)行時(shí)，由控制板發(fā)出觸發(fā)脈沖，可 控硅工作，短接充電電阻，經(jīng)可控硅為系統(tǒng)提供電流。
7、 輸入端子用來(lái)接本斬波系統(tǒng)的饋電電源。
8、 電抗器端子接外置電抗器的輸入端，此端子有四個(gè)，分別接四個(gè)外 置電抗器。
9、 主功率元件由4個(gè)雙單元IGBT構(gòu)成。
10、 霍耳傳感器用于檢測(cè)輸出電流，來(lái)控制斬波器工作和過(guò)電流故障 保護(hù)。
11、 散熱器功率器件全部直接安裝在散熱器面上，并在接觸面涂上導(dǎo) 熱硅脂，保證功率器件產(chǎn)生的損耗熱量傳導(dǎo)到散熱器上，散熱器采用翅片式 鋁合金高導(dǎo)熱型，風(fēng)機(jī)安裝在翅片頂部，采用抽板式風(fēng)冷卻，空氣由翅片底 部進(jìn)入，經(jīng)過(guò)整個(gè)翅片從頂部抽出，保證功率器件產(chǎn)生的熱量被隨時(shí)帶走， 翅片外側(cè)由外側(cè)由密封板壓緊在翅片上，保證冷卻空氣經(jīng)過(guò)整個(gè)翅片，從下 面進(jìn)風(fēng)，上面出風(fēng)，進(jìn)風(fēng)和出風(fēng)之間還加一道隔離板，使抽出的熱空氣不被 直接從出風(fēng)口吸入。
12、 輸入電容斬波單元的瞬時(shí)功率由電容來(lái)提供。
13、 二極管模塊利用其單向?qū)щ姺乐关?fù)載反向電壓干擾斬波單元正常工作。14、 均壓及充電電阻本裝置輸入電容由三路串聯(lián)，輸出兩路串聯(lián)，均壓 電阻并在電容兩端，補(bǔ)償由于電容漏電流造成的電壓不均衡。充電電阻用來(lái) 限制裝置啟動(dòng)時(shí)對(duì)內(nèi)部電容的充電電流。
15、 輸出電容利用其濾波作用將斬波后脈沖電壓平滑為直流供負(fù)載使用。
16、 輸出端子斬波后輸出端子，負(fù)載饋電端。 本裝置的優(yōu)點(diǎn)
1、 主回路采用重疊式母板結(jié)構(gòu)，最大限度的減小了布線電感和干擾，降 低了功率器件的di/dt、 du/dt，保證了功率器件的可靠工作。
2、 整個(gè)裝置安裝于彈性緩沖器上，吸收了車輛運(yùn)行過(guò)程中各個(gè)方向的振 動(dòng)，保證了裝置內(nèi)功率器件和連接件的緊固。
3、 內(nèi)部連接全部使用銅板并掛錫，利用銅排的延張性吸收了由于熱脹冷 縮對(duì)功率管的應(yīng)力，同時(shí)最大限度的減小了由于連接電阻造成的發(fā)熱。
4、 外置式電抗器結(jié)構(gòu)，使裝置結(jié)構(gòu)緊湊，構(gòu)成靈活，根據(jù)不同功率要求
適應(yīng)能力強(qiáng)，二次開發(fā)周期短。 本裝置的有益效果
1、 解決了供電網(wǎng)絡(luò)電壓波動(dòng)大，特性軟的問(wèn)題。
2、 采用高頻開關(guān)技術(shù)，可靠性高，適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，對(duì)原有設(shè)備的改
造具有投資省，見效快，具有廣泛的應(yīng)用前景。

圖l是本實(shí)用新型示意圖。
具體實(shí)施方式

直流斬波穩(wěn)壓電源裝置采用箱體式結(jié)構(gòu)，風(fēng)冷卻方式，功率器件直接安 裝在箱體內(nèi)散熱器上，散熱器后面由風(fēng)機(jī)帶走功率器件產(chǎn)生的損耗熱量。功
率器件采用日本三菱公司C附00DY-34A型號(hào)的IGBT，采用峰值型斬波方式， 由計(jì)算機(jī)智能控制，有4路并聯(lián)工作，每路在一個(gè)周期內(nèi)工作90度，當(dāng)?shù)谝?路工作時(shí))控制其IGBT導(dǎo)通，電流上升，能量存儲(chǔ)在電感中，同時(shí)由霍耳檢 測(cè)其電流，當(dāng)電流達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制IGBT關(guān)斷，下一路導(dǎo)通，在360度周 期內(nèi)每路工作一次。存儲(chǔ)在電感中的能量通過(guò)輸出電容的濾波作用，成為平滑的穩(wěn)定直流電，供給電力機(jī)車使用。本裝置的容量達(dá)到350KVA，頻率達(dá)到 8KHZ。功率管由計(jì)算機(jī)智能控制板來(lái)驅(qū)動(dòng)，控制板產(chǎn)生的P麗開關(guān)脈沖，根 據(jù)輸入電壓和輸出負(fù)載的變化，適時(shí)調(diào)節(jié)占空比，通過(guò)驅(qū)動(dòng)功率管的開關(guān)作 用，輸出產(chǎn)生脈寬同步變化的電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)電容的濾波作用，輸出電壓穩(wěn) 定在設(shè)定值。主回路采用獨(dú)特的重疊式母板結(jié)構(gòu)，箱體左側(cè)16為輸出端子， 右側(cè)7為電源輸入正極，輸入負(fù)極和右側(cè)輸出負(fù)極共用。直流電源輸入和輸 出垂直布置，這些都是大限度的減小了布線電感和干擾，保證了整個(gè)裝置的 可靠性。其工作過(guò)程是當(dāng)電源經(jīng)輸入端子7供電進(jìn)來(lái)以后，先通過(guò)充電電 阻14把電壓加到輸入電容12和斬波功率管9上，此時(shí)控制線路有電，當(dāng)需 要運(yùn)行裝置時(shí)，控制板發(fā)出信號(hào)，打開直流開關(guān)-一輸入可控硅6接充電電阻 14，此時(shí)直流電直接供給電容12和主功率器件IGBT，同時(shí)由控制板發(fā)出驅(qū) 動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)主功率器件9，輸出由電壓取樣4檢測(cè)并反饋給計(jì)算機(jī)。計(jì)算 機(jī)根據(jù)輸入電壓取樣3和輸出電壓取樣4的反饋值，適時(shí)調(diào)節(jié)斬波功率管9 的占空比，使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定值上。功率元件全部安裝在散熱器ll上， 其工作時(shí)產(chǎn)生的損耗熱量由風(fēng)機(jī)2帶走。功率管工作時(shí)的瞬時(shí)能量由輸入電 容12提供。外接電抗器接在電抗器端子8上，由電流檢測(cè)霍耳IO來(lái)控制流 過(guò)的電流，電抗器輸出接在輸出端子16上，其斬波時(shí)存儲(chǔ)的能量，經(jīng)輸出電 容15的濾波作用，變?yōu)橹绷麟姽┴?fù)載使用。故障可控硅5并接在輸入電源上， 當(dāng)斬波管損壞或其它原因造成輸出電壓不受控制時(shí)，由計(jì)算機(jī)發(fā)出觸發(fā)信號(hào)， 故障可控硅5導(dǎo)通，迫使輸入開關(guān)跳閘，防止故障擴(kuò)大，以免對(duì)供電負(fù)載造 成影響。二極管模塊13內(nèi)有兩路， 一路串接在充電回路中，防止斬波單元工 作時(shí)的反向電壓回到電網(wǎng)，另一路并在斬波單元的正負(fù)極上，對(duì)線路雜散電 感提供放電回路。
權(quán)利要求1、一種直流斬波穩(wěn)壓電源裝置，是由箱體(1)、冷卻風(fēng)機(jī)(2)、輸入電壓取樣(3)、輸出電壓取樣(4)、故障可控硅(5)、輸入可控硅(6)、輸入端子(7)、電抗器端子(8)、斬波功率管(9)、電流檢測(cè)霍耳(10)、散熱器(11)、輸入電容(12)、二極管模塊(13)、均壓及充電電阻(14)、輸出電容(15)、輸出端子(16)構(gòu)成，其特征是主回路采用箱體式重疊式母板結(jié)構(gòu)，功率器件裝在箱體內(nèi)散熱器(11)上，散熱器(11)后面置有冷卻風(fēng)機(jī)(2)，箱體左側(cè)為輸出端子(16)，右側(cè)為電源輸入端子(7)；電源經(jīng)輸入端子(7)供電進(jìn)來(lái)，先通過(guò)均壓及充電電阻(14)把電壓加到輸入電容(12)和斬波功率管(9)上，控制板發(fā)出信號(hào)，打開直流開關(guān)---輸入可控硅(6)接均壓及充電電阻(14)，直流電直接供給電容(12)和斬波功率管(9)，同時(shí)由控制板發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)斬波功率管(9)，輸出電壓取樣(4)檢測(cè)并反饋給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入電壓取樣(3)和輸出電壓取樣(4)的反饋值，調(diào)節(jié)斬波功率管(9)的占空比；外接電抗器接在電抗器端子(8)上，由電流檢測(cè)霍耳(10)來(lái)控制流過(guò)的電流，電抗器輸出接在輸出端子(16)上，可控硅(5)并接在輸入電源上；二極管模塊(13)內(nèi)有兩路，一路串接在充電回路中，另一路并在斬波單元的正負(fù)極上。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種直流斬波穩(wěn)壓電源裝置，是由箱體、冷卻風(fēng)機(jī)、輸入電壓取樣、輸出電壓取樣、故障可控硅、輸入可控硅、輸入端子、電抗器端子、斬波功率管、電流檢測(cè)霍耳、散熱器、輸入電容、二極管模塊、均壓及充電電阻、輸出電容、輸出端子構(gòu)成。本實(shí)用新型主回路采用重疊式母板結(jié)構(gòu)，最大限度的減小了布線電感和干擾，降低了功率器件的di/dt、du/dt，保證了功率器件的可靠工作。解決運(yùn)輸供電系統(tǒng)供電線路長(zhǎng)，網(wǎng)壓波動(dòng)大，機(jī)車在重載上坡高速運(yùn)行時(shí)牽引力不足的問(wèn)題。
文檔編號(hào)H02M3/137GK201298811SQ20082017698
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)明者軍 馬 申請(qǐng)人:蘭州金牛軌道交通裝備有限責(zé)任公司