[实用新型]电机车直流变换器

说明书

本实用新型涉及一种架线电机车直流变换器的改进，这种装置适用于做架线电机车的辅助电源，该电源用来向电机车的照明灯和电喇叭供电。

目前架线电机车的辅助电源，正在由可控硅直流断续器向晶体管或IGBT功率管的开关电源过渡。虽然专利号为：ZL94214401.5的专利基本满足了电机车辅助电源的需要，但在实际使用中还存在以下几点不足：

1．电网过电压时压敏电阻放电，输入回路电流瞬间增大，保险丝熔断。

2．负载发生短路故障时输入或输出保险丝熔断。

3. 用压敏电阻做过电压保护，其残压过高效果不太理想。

由于煤矿井下的恶劣环境，电网过电压及负载短路的现象经常发生，造成保险丝频繁熔断，虽然保险丝熔断是正常现象，但给用户使用带来了许多不便。尤其是在煤矿井下换一次保险丝往往需要很长时间，将影响煤矿的安全生产。

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种使用方便，成本低，保护更加迅速可靠的电机车直流变换器。采用了它励功率变换电路，使之能适用于1000伏以下的电网。采用了电源启动电路，使电源变换效率有所提高。采用了性能稳定的集成脉宽调制器进行脉宽调制，为过电压保护和过电流保护提供了方便条件。采用瞬变二极管进行过电压保护，瞬变二极管动作速度快残压低。尤其是采用了过电压截止保护和磁记忆过电流保护，当电网发生过电压时过电压截止保护使脉宽调制器停止脉冲输出，当负载发生短路故障时磁记忆过电流保护断开脉宽调制器的工作电源，使脉宽调制器停止脉冲输出。因此电网发生一般的过电压或负载短路故障本实用新型的保险丝均不熔断，当发生特高过电压时瞬变二极管放电，保险丝熔断，这样减少了保险丝熔断的次数。

本实用新型的目的是这样实现的：熔断器RD，电感L1、限流电阻R1，整流二极管D1，和电容C1串接在电源电压与地线(2)之间，成为本实用新型的过电压抑制电路。当电网电压瞬间升高电容C1两端电压不能突变，抑制本电源电压的上升率。二极管D1还起电源反接保护的作用。电阻R5、R6，稳压二极管WY5串接在电源电压正电端(二极管D1的阴极)和地线(2)之间，电阻R5、R6的连接点与三极管BG1的集电极相连，电阻R6，稳压二极管WY5的连接点与三极管BG1的基极相连，三极管BG1的发射极与二极管D2相连，成为本实用新型的电源启动电路。二极管D2的阴极是电源启动电路的输出端，电源给电启动时向脉宽调制器，驱动电路，磁记忆过电流保护电路供电。脉宽调制器U1的脚2与脚15相连，脚13与脚14相连，脚7、脚9、脚10直接与地线(1)相连，电阻R9两端分别接在脚2与脚3两端，电容C2接在脚3与地线(1)之间，电容C3和电阻R7串接在脚2与脚3之间，电容C2、C3电阻R7、R9起抗干扰的作用，电阻R8、R10串接在脚13、脚14与地线(1)之间，其连接点与脚2、脚15相连，把脚13、脚14的5伏基准电压分压为2.5伏电压加到脚2、脚15上，做为脉宽调制器的给定电压，电容C4接在脚13、脚14与地线(1)之间，起抗干扰作用，电容C5并接在脚13、脚14与脚4之间，构成慢启动电路，使本实用新型输出电压渐渐上升到稳定值，减少本实用新型启动时对灯丝的冲击，电阻R11、R12串接在脚13、脚14与地线(1)之间，其连接点与脚4相连，通过电阻R11、R12的分压作用，在脚4设置一个死区电压，防止功率管BG4、BG5共态导通的现象发生，电容C6接在脚5与地线(1)之间，电阻R13接在脚6与地线(1)之间，用来设置脉宽调制器U1的脉冲频率，电阻R15接在脚16与地线(1)之间，继电器接点JB1、JB2串接在启动电路输出端(D2阴极)与脉宽调制器U1的脚12之间，为脉宽调制器U1提供12伏正电，脉宽调制器U1的脚8、脚11是脉宽调制器的输出端，上述电路为脉冲控制电路，用来向驱动电路输出脉冲宽度可调的脉冲信号。电阻R16、R17分别并接在三极管BG2、BG3的基极与发射极之间，三极管BG2、BG3的基极又分别接在脉宽调制器U1的脚8、脚11上，三极管BG2、BG3的集电极和二极管D3、D4的阳极共同与地线(1)相连接，二极管D3、D4的阴极分别接在脉冲变压器B1、B2一次绕组的一端，一次绕组的另一端分别接在三极管BG2、BG3的发射极上，电容C7接在脉冲变压器B1、B2一次绕组中间抽头的连接点与地线(1)之间，电阻R14接在继电器接点JB1、JB2的连接点与脉冲变压器B1、B2中间抽头的连接点之间，电阻R18、R19、R20串接在脉冲变压器B1的二次绕组两端，加速电容C8并接在电阻R18两端，电阻R19、R20的连接点与三极管(或IGBT管)BG4的基极(或栅极)相连接，三极管(或IGBT管)BG4的发射极与电阻R20另一端相连接，电阻R21、R22、R23串接在脉冲变压器B2的二次绕组两端，二次绕组的一端与地线(2)相连，另一端与电阻R21相连，加速电容C9并接在电阻R21两端，电阻R22、R23的连接点与三极管(或IGBT管)BG5的基极(或栅极)相连接，上述电路为本实用新型的驱动电路，用来向半桥功率变换电路输出足够功率的脉冲驱动信号，同时改善半桥功率变换电路的性能。三极管(或IGBT管)BG4的发射极与三极管(或IGBT管)BG5的集电极串连后接在电源电压正电端(二极管D1的阴极)与地线(2)之间，三极管(或IGBT管)BG4的基极(或栅极)与电阻R19、R20的连接点相连，发射极与电阻R20另一端相连，三极管(或IGBT管)BG5的基极(或栅极)与电阻R22、R23的连接点相连，发射极与电阻R23的另一端相连，二极管D5、D6分别并接在三极管(或IGBT管)BG4、BG5集电极与发射极之间，电容C10、C11，电阻R24、R25分别串接在电源电压正电端(二极管D1阴极)与地线(2)之间，电容C10、C11，电阻R24、R25的串联连接点相连后又与变压器B3的一次绕组相连，三极管(或IGBT管)BG4、BG5的连接点经过电流互感器HL一次绕组，电容C13与变压器B3的一次绕组相连，上述电路为本实用新型的半桥功率变换电路，把驱动电路的脉冲信号进行放大，经过变压器B3进行电压变换。肖特基半桥整流电路ZL的脚1、脚3分别接在变压器B3二次绕组两端，电感L2，电容C17串接在半桥整流电路脚2与变压器B3的二次绕组中间抽头(3)之间，电感L2与电容C17的连接点经过恢复按钮接点AN/2向负载输出正电，电阻R28，电容C15串接在半桥整流电路ZL的脚1与脚2之间，电阻R29，电容C16串接在半桥整流电路的脚3与脚2之间，起半桥整流电路过电压保护的作用，上述电路为本实用新型的整流滤波电路，把半桥功率变换电路输出的高频脉冲电压变换成平滑的直流电压，该电压除了向负载供电外还向本机自供电。二极管D11，电阻R30串连后一端接在电感L2和电容C17的连接点上，另一端接在继电器接点JB1、JB2的连接点上，上述电路为本实用新型的自供电电路。电流互感器HL的二次绕组两端分别与整流二极管D8、D9的阳极相连，二次绕组的中间抽头与地线(2)或地线(1)相连，电位器W1和电容C12并联后连接在整流二极管D8、D9的连接点与地线(2)或地线(1)之间，电位器W1的中间端经稳压二极管WY6，二极管D7与脉宽调制器U1脚16相连，电阻R26并接在电流互感器HL的二次绕组两端，把电流信号转换为电压信号，上述电路为本实用新型的过电流限制电路，限制本实用新型的输出电流。取样电阻R31，电位器W2并接在地线(3)与地线(2)之间，稳压二极管WY7串接在电位器W2的中间端与三极管BG6的基极之间，三极管BG6的发射极与地线(3)相连，三极管BG6的集电极与电容C18，二极管D12，继电器线圈JB的连接点相连，其另一端连接点与整流二极管D2的阴极，电容C18的正极相连，上述电路为本实用新型的磁记忆过电流保护电路。当负载发生短路故障时过电流保护电路中的继电器接点JB1、JB2断开，并且磁保持，使脉宽调制器停止脉冲输出。电阻R2，恢复按钮接点AN/1，继电器线圈JA串接在电源电压正电端(二极管D1的阴极)与地线(2)之间，稳压二极管WY2与继电器线圈JA相并联，恢复按钮接点AN/1与继电器线圈JA的连接点又经过二极管D17接在负载输出正电端，上述电路为本实用新型的过电流恢复电路。二极管D17用来监视负载短路故障是否消除，如果负载短路故障没有消除，按动恢复按钮接点AN/1接通，但是继电器线圈JA两端电压较低，继电器不能吸合，电路不能恢复工作。瞬变二极管WY1并接在电源电压正电端(二极管D1阴极)与地线(2)之间，为本实用新型的瞬变二极管过电压保护电路。当电网过电压比较严重时，瞬变二极管反向击穿放电，限制了电源两端的过电压。具有正向输入端和反向输入端的比较器U2，脚8与脉宽调制器U1的脚13、脚14相连，做为比较器U2的正电源，脚4与地线(1)或地线(2)相连，做为比较器的负电源，电阻R34接在比较器U2的脚8和脚1之间，形成了上拉电路，二极管D13接在比较器U2的输出端脚1与脉宽调制器U1脚4之间，电位器W4两端分别与比较器U2脚8和脚4相连，其中间端与比较器U2的反向输入端脚2相连，做为比较器U2的给定电压，电阻R3，稳压二极管WY3、WY4，电阻R4串接在电源电压正电端(二极管D1的阴极)与地线(2)之间，稳压二极管WY4和电阻R4的连接点与比较器U2的正向输入端脚3相连，做为比较器的反馈电压。上述电路为本实用新型的过电压截止保护电路。当电网过压时，过电压截止保护电路使脉冲控制电路停止脉冲输出。电阻R32，电位器W3串接在本实用新型正电输出端与地线(2)之间，电位器W3的中间端与三极管BG7基极相连，电阻R33串接在三极管发射极与地线(2)之间，三极管发射极又与与脉宽调制器U1脚1相连，三极管BG7的集电极与脉宽调制器U1的脚13、脚14相连，上述电路为本实用新型的稳压电路。本实用新型通过稳压电路的稳压作用达到稳定输出电压的目的。二极管D14、D15、D16的阳极与地线(1)相连，D14、D15的阴极分别与主令开关K的P端和H端相连，同时P端和H端又与前后灯相连，主令开关K的另两个端子F、G与地线(2)相连，喇叭按钮AN，喇叭LB串在输出正电端与地线(2)之间，其连接点与二极管D16的阴极相连，上述电路为本实用新型的负载控制电路。