一种数字式矿用电机车直流斩波调速系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种数字式矿用电机车直流斩波调速系统，包括单片机，所述的单片机上连接有能够对系统进行供电的电源模块，包括所述的电源模块与单片机之间设有电压检测装置，所述的单片机内部输出的可调节的PWM信号经过驱动电路后对IGBT模块进行控制，所述的IGBT模块与电机相连接能够控制电机的换向和转速，所述的单片机上连接有电源开关模块和用于控制电机工作运作状态的键盘输入模块。本实用新型专利技术能够通过控制IGBT的导通与关断的时间比，即可改变电动机两端电压的平均值，实现机车调速的目的，减少能量损耗，节约资源。

DC chopper speed regulating system for digital mine electric locomotive

The utility model provides a digital mine electric locomotive DC chopper speed control system, including the microcontroller, the microcontroller is connected with a power supply module can supply power to the system, the voltage detection device is arranged between the power module and comprises the microcontroller, the microcontroller internal output adjustable PWM signal through the drive circuit after the control of the IGBT module, IGBT module and the motor is connected to the motor commutation and speed control, the SCM is connected with the power switch module and keyboard input module used to control the motor operation state. The utility model can change the average value of the voltage at the two ends of the motor by controlling the time ratio of the turn-on and turn off of the IGBT, thereby realizing the purpose of the speed regulation of the locomotive, reducing the energy consumption and saving the resources.

【技术实现步骤摘要】

本技术属于调速系统的
，尤其是涉及一种数字式矿用电机车直流斩波调速系统。
技术介绍
长期以来，蓄电池式矿用电机车采用的是串电阻调速控制技术，即在电机车启动的过程中，通过在其定子绕组电路中的串联电阻产生的电压降，从而减少定子绕组的电压，达到了减少启动电流的目的。但是这种调速方式的优点是维修、操作都相对比较简单且容易上手，而且对环境的适应能力也比较强，可以在恶劣的区域工作。其缺点是调速过程十分不平滑，启动冲击大、耗电量大，采用机械制动就会反应迟缓、操作笨拙、机械磨损大、维修频繁、维修费用高，并且对电力机车的转轴齿轮与直流电机有较强的机械冲击。
技术实现思路
本技术的目的是针对上述问题，提供一种数字式矿用电机车直流斩波调速系统，能够通过控制IGBT的导通与关断的时间比，即可改变电动机两端电压的平均值，实现机车调速的目的，减少能量损耗，节约资源。为达到上述目的，本技术采用了下列技术方案：本数字式矿用电机车直流斩波调速系统，包括单片机，所述的单片机上连接有能够对系统进行供电的电源模块，包括所述的电源模块与单片机之间设有电压检测装置，所述的单片机内部输出的可调节的PWM信号经过驱动电路后对IGBT模块进行控制，所述的IGBT模块与电机相连接能够控制电机的换向和转速，所述的单片机上连接有电源开关模块和用于控制电机工作运作状态的键盘输入模块。作为优选，所述的单片机上还连接有电机电流检测装置和电机转速检测装置，电压检测装置、电机电流检测装置和电机转速检测装置将检测到的信号传递给单片机，单片机再将信号传递给能够显示各项数据的显示装置。作为优选，所述的电机电流检测装置包括霍尔电流传感器，所述的电机转速检测装置包括光电编码器。作为优选，所述的单片机上还设有温度保护模块。作为优选，所述的温度保护模块包括设置于单片机上的散热板，所述的散热板上设有与单片机相连接的温度传感器，当散热板的温度高于设定值时，温度传感器能够控制单片机停止输出PWM信号。作为优选，所述的键盘输入模块包括输入键盘，所述的输入键盘上设有正向转动按键、反向转动按键、停止按键、加速按键和减速按键。作为优选，所述的单片机上还连接有故障指示模块。与现有的技术相比，本技术的优点在于：使用智能逻辑电路控制驱动系统，从根本上解决了传统的电阻调速和可控硅调速的缺陷，具有电路先进、控制简单、启动力矩大、调速平稳、模块化设计、结构新颖的特点，并且操作简单、可靠性高、节能、维修简便、费用低，是矿山电机车的最佳配套产品。附图说明图1是本技术提供的数字式矿用电机车直流斩波调速系统的框架图。图2是本技术提供的数字式矿用电机车直流斩波调速系统的电路图。图3是本技术提供的驱动电路的电路图。具体实施方式如图1所示，本方案中采用数字式矿用电机车直流斩波调速系统的矿用电机车是轨道车辆运输的一种牵引设备，主要用于井下运输大巷和地面的长距离运输。本系统包括单片机1，单片机1上连接有能够对系统进行供电的电源模块2，其特征在于，包括电源模块2与单片机1之间设有电压检测装置3，单片机1内部输出的可调节的PWM信号经过驱动电路4后对IGBT模块5进行控制，其中IGBT模块为绝缘栅双极型晶体管（InsulatedGateBipolarTransistor），是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。其中的IGBT模块5与电机6相连接能够控制电机6的换向和转速，单片机1上连接有电源开关模块7和用于控制电机6工作运作状态的键盘输入模块8。本系统以单片机1为核心，采用集调速与换向为一体的H桥IGBT控制电路设计，能对斩波调速电路的导通比进行有效控制，提高电机车运行速度及其工作效率，在制动方面加入能耗制动，以达到快速停车的目的，系统中加入了显示模块，可以实时观察电机车的运行状况，提高电机车的安全性与稳定性。进一步地说，单片机1上还连接有电机电流检测装置9和电机转速检测装置10，电压检测装置3、电机电流检测装置9和电机转速检测装置10将检测到的信号传递给单片机1，单片机1再将信号传递给能够显示各项数据的显示装置11。具体地说，电机电流检测装置9包括霍尔电流传感器，电机转速检测装置10包括光电编码器，采用霍尔电流传感器和光电编码器检测电机电流和转速，再将蓄电池电压经单片机显示出来，并通过PWM信号经HCPL-316J驱动电路对IGBT模块进行控制，能对各IGBT功率元件的导通与关断的比值进行有效控制，可将导通比控制在5%至95%，有效提高机车运行速度及其工作效率。进一步地说，单片机1上还设有温度保护模块12，温度保护模块12包括设置于单片机1上的散热板，散热板上设有与单片机1相连接的温度传感器，当斩波调速系统中的铝散热板温度达到85℃左右时，温度传感器能够控制单片机1停止输出PWM信号，暂时停止工作，以保护功率开关元件不因温度过高而损坏，给用户带来损失。当温度下降至正常温度时，机车即能自动恢复工作。图2所示为所述调速系统主电路图，包括电源模块（192V蓄电池组），电源开关模块具体为电源开关，还包括防反充电二极管D1，滤波电容C1以及R1、D2、C2组成的缓冲电路，R2为制动电阻，V1、V2、V3、V4、V5为IGBT，VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、D3为续流二极管，M1、M2为串激式直流电机，L1、L2为对应电机的励磁绕组。图3所示为驱动IGBT的HCPL-316J驱动电路，驱动电路左端连接单片机。接通电源后，控制相应的IGBT模块导通，单片机输出PWM波，电机转动，通过调节占空比的大小来调节电机的转速。HCPL-316J驱动电路是一款简单易用的智能型IGBT驱动光耦，集成了VCE饱和压降检测，欠压锁定，软关断以及隔离故障反馈，并且此光耦与单片机相连接构成反馈电路，当电路出现故障时，LED灯D1亮起，电路停止工作，进一步保证电路的正常运行。键盘输入模块8包括输入键盘，输入键盘上设有正向转动按键、反向转动按键、停止按键、加速按键和减速按键。工作原理如下:（1）合上开关SK1，主电源接通，电路开始进入工作状态。（2）单片机的键盘输入端设置有换向按键，“正向转动按键”或“反向转动按键”和“停止按键”。“停止按键”位为断开状态；按下“正向转动按键”键时，V1与V4接通电源并导通，电机正传；按下“反向转动按键”键时，V2与V3接通电源并导通，电机反转；通过控制相应IGBT的导通与关断来实现电机车的前进、后退和停车。（3）手动控制电机车的加速和减速。在控制单片机的外接键盘上设置两个按键----直流电动机加速按键和直流电动机减速键。在手动状态下，每按键一次，单片机按规律输出不同脉宽的PWM波，电动机的转速就会发生改变。本调速系统采用IGBT高压大功率开关器件，其开关频率高;当栅极施加+15V电压时器件导通，导通时压降为2V左右，当栅极施加-15至0V电压时器件关断;由于IGBT工作在开关状态，导通关断时损耗很小，所以调速状态下节能效果显著，可以保证99%以下的电能用于电机;当IGBT导通时，电机电流线性上升;当IGBT关断时，电流线性下降;由于开关频率高(2KHz)，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字式矿用电机车直流斩波调速系统，包括单片机（1），所述的单片机（1）上连接有能够对系统进行供电的电源模块（2），其特征在于，包括所述的电源模块（2）与单片机（1）之间设有电压检测装置（3），所述的单片机（1）内部输出的可调节的PWM信号经过驱动电路（4）后对IGBT模块（5）进行控制，所述的IGBT模块（5）与电机（6）相连接能够控制电机（6）的换向和转速，所述的单片机（1）上连接有电源开关模块（7）和用于控制电机（6）工作运作状态的键盘输入模块（8）。

【技术特征摘要】
1.一种数字式矿用电机车直流斩波调速系统，包括单片机（1），所述的单片机（1）上连接有能够对系统进行供电的电源模块（2），其特征在于，包括所述的电源模块（2）与单片机（1）之间设有电压检测装置（3），所述的单片机（1）内部输出的可调节的PWM信号经过驱动电路（4）后对IGBT模块（5）进行控制，所述的IGBT模块（5）与电机（6）相连接能够控制电机（6）的换向和转速，所述的单片机（1）上连接有电源开关模块（7）和用于控制电机（6）工作运作状态的键盘输入模块（8）。2.根据权利要求1所述的数字式矿用电机车直流斩波调速系统，其特征在于：所述的单片机（1）上还连接有电机电流检测装置（9）和电机转速检测装置（10），电压检测装置（3）、电机电流检测装置（9）和电机转速检测装置（10）将检测到的信号传递给单片机（1），单片机（1）再将信号传递给能够显示各项数据的显示装置（11）。3.根据权利要求2所述的数字式矿用电机车直流斩波...

【专利技术属性】
技术研发人员：高军伟，蔡华，孙岩洲，裴植，李彦鑫，高伟伟，王丹东，孙念念，陈峰，谷摧摧，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：新型
国别省市：河南;41