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架线电机车的系统硬件设计有哪些

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架线电机车的系统硬件设计有哪些

发布日期:2017-12-03 作者: 点击:

架线电机车系统硬件设计的整个调速系统由主电路、单片机控制电路和反馈量检测电路组成。

  主电路是由逆变电路构成。其中逆变电路采用IPM智能功率模块完成功率变换;单片机控制电路以80C196MC单片机为控制核心,包括存储器扩展电路和一些外围电路如:键盘显示电路、复位电路、系统保护电路等等。单片机控制电路主要负责数据处理矢量控制算法的计算、PWM波和控制信号的产生以及显示和故障处理等等任务。

  反馈量检测电路主要由定子电流检测电路和转速检测电路组成,检测值送单片机处理后主要用

  于矢量控制算法的计算。整个变频调速系统的主要组成部分如下图所示。

  2.1智能功率模块IPM

  本系统的逆变器件采用智能功率模块IPM 。IPM是以绝缘栅双极晶体管IGBT为功率器件的新型模块。传统的IGBT是功率场控晶体管MOSFET和电力晶体管GTR的复合,它把MOSFET的驱动功率小、开关速度快的特点和GTR通态压降小。功率电路,缓冲电路还有门极驱动电路必须设计到足以承受和的极限值。如果功率电路漏感不够小、缓冲电路吸收不充分,瞬态过电压就会发生。同时地环路和杂散电容还会引起严重的噪声问题。

  IPM智能功率模块结构

  IPM共有6个主回路端(P,N,B,U,V,W)16个控制端,其中VccUVccUVccW分别为U,V,W相上桥臂控制电源输入的+端,GNDu, GNDv, GNDw分别为对应的一端;VinUVinV VinW分别为上桥臂U,V,W相控制信号输入端,Vcc,GND为下桥臂公用控制电源输入;VinXVinYVinZ分别为下桥臂XYZ相控制信号输入端;VinDB为制动单元控制信号输入端;

  2.2逆变电路IPM的选择

  正常工作时,电网直流供电电压U为440~660V,则经过电容滤波后的直流电压可由下式计算确定:

  式中:为安全系数,一般取=1.1;

  1.1为波动系数;

  Ed为电容滤波后的直流电压。

  关断时的峰值电压按下式计算:

  式中:为关断使得峰值电压;为安全系数,一般取 =1.1;1.15为过电压保护系数;为电容滤波后的直流电压;150为由引起的尖峰电压。令IGBT模块的电压额定值满足,并向上靠拢IGBT的电压等级,取。

  2.3 IPM的驱动隔离接口电路

  驱动隔离电路是IPM主电路和控制电路之间的接口。由于IPM内置了驱动电路,与IGBT驱动电路设计相比,外围驱动电路的设计比较方便,只要能提供15V稳定的驱动电源和开关控制信号,提供低电平控制相应IGBT导通,高电平控制相应IGBT关断。

  根据6N137的特点,结合实际控制需要,本文设计的IPM快速驱动隔离控制。

  PWM信号先经7407驱动后,再经过电阻R2A接到光耦6N137的2脚(信号输入脚);3脚接地;右边的6脚是6N137的信号输出脚,6脚经R2C接到Q2A基极,再经Q2B驱动后接到IPM的UP端(UP端为IPM的上桥臂U相脉冲输入端)。6N137的7脚(使能端)和IPM的外部保护电路相连。上图中的7407是为了增大驱动能力而设置的,可以防止电路引线太长所造成的驱动能力的下降。

  正常情况下,6N137的7脚为高电平。如果有外接的驱动脉冲信号加到光耦6N137的2脚端,当2脚端的电位为高电平,由6N137的真值表知:6脚输出为低电平,使Q2A关断,Q2B导通,则加到IPM的UP端信号为低电平,经IPM内部驱动电路使IGBT导通。反之,当2脚端的电位为低电平时,光耦输出脚6为高电平,使Q2A截止,于是UP端为高电平,经内部驱动电路使IGBT关断。


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