串勵電機直流調速器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電機的調速控制技術領域，特別涉及一種串勵電機直流調速器。
【背景技術】
[0002]目前，井下機車驅動電機主要采用的是直流串勵電機，該類型電機具有起動轉矩大，起動平滑等優點被廣泛的應用于井下直流電機車中，但是與其配套機車控制器還是采用舊式的可控硅斬波器，剎車采用硬觸點切換式剎車，該切換方式啟動過程中不可靠，易出現故障，一旦發生故障則需整機進行維修，使直流調速器的使用壽命降低。由于直流串勵電機的固有特性，在不改變其固有機械特性的前提下，很難對其進行較好的控制。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型提出一種串勵電機直流調速器，解決了現有直流電機無法在串勵方式下工作在第二及第四象限的弊端，用電子開關的方式實現了對電機的轉向進行控制，直流調速器結構簡單、穩定，使串勵電機具有他勵特性。
[0004]本實用新型的技術方案是這樣實現的:該串勵電機直流調速器，包括設置于殼體上表面的向控制模塊傳遞信號的調速手柄和換向手柄以及設置于殼體內部的電源模塊，其中，殼體內還設置有電源模塊、主電路模塊、控制模塊、IGBT驅動電路、勵磁模塊、電樞模塊和電池，其技術要點為:用于為電機的勵磁繞組供電的勵磁模塊串聯在主電路模塊與電機的勵磁繞組之間。
[0005]本實用新型的一種優選方案，所述電源模塊、控制模塊、IGBT驅動模塊、勵磁模塊、電樞模塊均獨立封裝在各自的殼體內。
[0006]本實用新型的另一種優選方案，所述主電路模塊具有配合使用的用來控制電機轉向的IGBT和二極管，第一二極管的負極連接第二二極管的負極，第一二極管與第二二極管的連接點再連接電機勵磁繞組的一端，第三二極管的正極連接第四二極管的正極，第三二極管與第四二極管的連接點再與電機勵磁繞組的另一端連接；第二二極管的正極與第三二極管的負極連接，第二二極管與第三二極管的連接點再連接第一 IGBT的集電極、第二 IGBT的集電極，第一 IGBT的發射極連接第三IGBT的集電極，第一 IGBT與第三IGBT的連接點再連接電機電樞繞組的一端，第二 IGBT的發射極連接第四IGBT的集電極，第二 IGBT與第四IGBT的連接點連接電樞繞組的另一端，第三IGBT的發射極與第四IGBT的發射極連接在一起，所述第一 IGBT反并聯第五二極管，所述第二 IGBT反并聯第六二極管，所述第三IGBT的反并聯第七二極管，所述第四IGBT反并聯第八二極管。
[0007]本實用新型的進一步優選方案，在調速器啟動或加速時，第一 IGBT與第四IGBT同時導通或關斷，第二 IGBT與第三IGBT同時導通或關斷；在調速器剎車或減速時，與第一IGBT反并聯的第五二極管、與第四IGBT反并聯的第八二極管同時導通。
[0008]本實用新型的進一步優選方案，在電機減速或剎車時，電樞繞組的電流增大，則與第一 IGBT反并聯的第五二極管導通，與第五第二極管串聯的第二二極管、電機勵磁繞組、第四二極管、電池、第八二極管、電樞繞組形成導通回路，與電機勵磁繞組串聯連接的勵磁模塊補充電流給電機勵磁繞組。
[0009]本實用新型的再一種優選方案，所述的串勵電機直流調速器并聯連接多個電機。
[0010]本實用新型的有益效果:本實用新型的串勵電機直流調速器，采用了 IGBT來代替傳統的硬開關控制方式，利用電樞模塊控制IGBT驅動模塊，采用雙極性調制，通過改變PWM占空比實現電機的電子換向，大大提高了調速器的效率。啟動和加速采用串勵方式，減速和剎車采用他勵方式，他勵時并沒有使電樞線圈和勵磁線圈分開，而是通過勵磁模塊保證勵磁線圈磁通不變，單獨通過電樞模塊控制電樞線圈實現。電機減速或制動過程中，能量流過勵磁線圈回饋到電池，使得勵磁線圈額外得到一部分磁通，補充了勵磁模塊本應該輸出的電流在勵磁線圈上產生的磁通，使得勵磁模塊輸出的電流減小，不用滿負荷輸出，降低了勵磁模塊輸出的功耗，同時還能夠將減速和剎車時的能量回饋到電池中，從而提高電池的使用時間，提高整車行駛里程。這種連接結構，使串勵電機可以工作在第二象限和第四象限，使串勵電機具有他勵特性。所述電源模塊、控制模塊、IGBT驅動模塊、勵磁模塊、電樞模塊均獨立封裝在各自的殼體內，十分便于用戶的維修與維護，顯著地降低產品的維護和維修成本。
【附圖說明】
[0011]下面結合附圖對本實用新型作進一步描述。
[0012]圖1為本實用新型直流調速器電路連接框圖；
[0013]圖2為本實用新型直流調速器內部封裝結構示意圖；
[0014]圖3為本實用新型直流調速器的IGBT驅動模塊封裝示意圖；
[0015]圖4為本實用新型控制模塊示意圖；
[0016]圖5為本實用新型電樞模塊示意圖；
[0017]圖6為本實用新型IGBT驅動模塊示意圖；
[0018]圖7為本實用新型電樞模塊頻伏轉換電路的電路原理圖；
[0019]圖8為本實用新型電樞模塊接口電路的電路原理圖；
[0020]圖9為本實用新型電機驅動控制電路的電路原理圖；
[0021]圖10為故障檢測電路原理圖；
[0022]圖11為本實用新型主電路模塊示意圖；
[0023]圖12為本實用新型勵磁模塊示意圖。
【具體實施方式】
[0024]根據圖1?圖12說明本實用新型的具體結構。本實施例的串勵電機直流調速器，其結構如圖1所示，包括位于殼體外側的調速手柄、換向手柄，以及封裝在直流調速器內部的電源模塊10、主電路模塊2、控制模塊1、IGBT驅動電路3、勵磁模塊、電樞模塊和電池11。
[0025]對各模塊描述如下:
[0026]電源模塊10，用于為主電路模塊2中的控制模塊1、勵磁模塊(如，勵磁模塊4、勵磁模塊6)、電樞模塊(如，電樞模塊5、電樞模塊7)供電。
[0027]主電路模塊2，利用主電路模塊中的8個IGBT的導通或關閉，控制直流調速器電機正轉或者反轉。
[0028]控制模塊1，給勵磁模塊4、勵磁模塊6發送使能信號，控制勵磁模塊4、勵磁模塊6的開通或關斷。給電樞模塊5發送使能信號、控制電機(如，電機8、電機9)速度及方向信號，控制電樞模塊的開通或關斷。同時控制模塊I還接收來自勵磁模塊和電樞模塊的報警信號。
[0029]IGBT驅動電路3，根據接收到的電樞模塊(如，電樞模塊5和電樞模塊7)發送的PWM波信號，驅動主電路模塊2中的IGBT開通或關斷。
[0030]勵磁模塊(如，勵磁模塊4、勵磁模塊6)，在剎車或減速過程中，保持電機中勵磁繞組與電樞繞組串聯方式不變(如，電機8中的勵磁繞組12與電樞繞組13串聯，電機9中的勵磁繞組14與電樞繞組15串聯)，用于補償串勵電機的勵磁繞組(如勵磁繞組12，勵磁繞組14)中減少的電流，使電機的勵磁繞組中的磁通保持不變。
[0031 ] 電樞模塊(如，電樞模塊5、電樞模塊7)，輸出占空比可調的PWM波，作為IGBT驅動電路3的控制信號，同時為IGBT驅動電路3供電。
[0032]電池11:用于為主電路模塊2供電。
[0033]本實施例中直流調速器整個機身中又包含五個子模塊，即控制模塊1、IGBT驅動模塊3、勵磁模塊、電樞模塊、電源模塊10均獨立封裝在各自的殼體內，再一起封裝在直流調速器的殼體內部，其中，IGBT驅動模塊安裝在控制模塊1、電樞模塊底部，如圖2和圖3所示，這種結構設計，即使某個部件發生故障，直接更換或修理該部件即可，無需對整機進行維修，使直流調速器的維修更加方便，不影響用戶的使用。
[0034]結合各部件的電路連接對直流調速器的工作過程進行說明:
[0035]本實施例中，采用直流調速器進行調速和換向過程為:換向:將檔位手柄先調到空檔再調到前進或者后退，并在調到空檔時將調速手柄調到O速。調速:首先將檔位手柄從空檔掰到前進或者后退，代表已經上電，供電電壓最大為DC200V，然后將調速手柄從O速向最大速調節。
[0036]本實施例中調速手柄17的輸出端連接控制模塊I的D07管腳的P+、P-和PO端，換向手柄18的前進檔連接控制模塊I的D07管腳的棕1、藍1、黑I端，換向手柄18的后退端檔連接控制模塊I的D07的管腳棕2、藍2、黑2端，如圖4所示。本實施例中的控制模塊采用(混合信號)微控制器，型號為MSP430F169。下面結合具體的電路原理圖，對電機直流調速器在啟動、加/減速、剎車過程進行說明，具體如下:
[0037]電機直流調速器啟動階段:電機直流調速器啟動時，當換向手柄18檔位信號有效時(如，前進擋有效)，直流調速機上電，進行初始化自檢工作，無啟動故障即可對電機進行控制。控制器I接收來換向手柄13的換向信號后，發送指令給電樞模塊。電機直流調速器可同時對多臺電機進行調控，當對一臺電機進行調控時，控制模塊的D13端子連接電樞模塊D13端子。當對兩臺電機進行調控時，控制模塊的D13端子連接電樞模塊5的D13端子，控制模塊的D15端子連接電樞驅動模塊7的端子D15，如圖5所示。電樞模塊5通過D19端口、D20端口連接IGBT驅動模塊的D19、D20端子，電樞模塊7通過D23端子、D24端子連接IGBT驅動模塊的D23端子、D24端子，分別輸出兩路占空比可調的PWM波給IGBT驅動模塊，如圖6所示。PWM波由圖9所示的電樞模塊中的電機驅動控制電路產生，若圖9中，V_REF_IN信號為0，則雙PWM控制芯片UC3637 (如，U4)的4腳和7腳A_out、B_out分別輸出50%的占空比PWM波，A_out輸出的PWM波給Qll、Q14的門極G及發射極E，B_out輸出的PWM波給主電路模塊中的Q12、Q13的門極G和發射極E，這樣電樞繞組實際得到的電流為0，直流調速器啟動。
[0038]電機直流調速器加速或減速階段:用戶將調速手柄17慢慢加速，控制模塊I收到換向手柄信號及調速手柄信號，將調速手柄17的電壓信號經控制模塊I轉換為頻率信號，在傳遞使能信號、方向信號及頻率信號給電樞模塊，電樞模塊將接收的頻率信號轉換為電壓信號，即控制器I的V_REF_A管腳連接電樞模塊接口電路的V_REF_IN管腳，頻率信號經頻伏轉換電路的光耦隔離芯片OP1、頻伏轉換芯片LM331、放算放大器U2A后，由頻率信號轉換為正負可變的電壓信號，如圖7?9所示，再將該電壓信號輸出給電機驅動電路中的V_REF_IN管腳。控制