混合式直流接触器控制电路研究工作报告.doc

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1、混合式直流接触器控制电路研究工作报告目 录1概述 2 1.1研究目的及意义 2 1.2研究现状 22 主要内容 33 控制电路设计 3 3.1 总体设计图 3 3.2 电源模块 4 3.3 控制电路模块 4 3.4 驱动保护模块 44控制电路模块分析 6 4.1混合式直流接触器控制电路总体电路图 6 4.2混合式直流接触器控制电路分段电路图 65 心得体会 9一、概述1、研究目的及意义铁路是国家的重要基础设施、国民经济大动脉和大众化交通工具。加快铁路发展，对促进经济发展，实现小康社会的目标具有重要意义和作用。经过不断的努力，我国铁路事业取得了重大的进步，但是目前铁路运输能力与运输需求的矛盾依旧

2、十分突出，运输能力不足成为经济社会进一步发展的重大制约因素。铁路不断提速，对于扩大铁路运输能力，缓解铁路运输瓶颈制约具有重要意义。提速需要安全可靠、高质量的机车车辆，这些都依靠其组成零部件的质量保证来实现。直流电磁式接触器是铁路机车与车辆供电系统中广泛应用的电器元件，其可靠性及寿命直接影响整个车辆系统的可靠性和安全性。直流接触器在接通或分断大功率负载时，会出现触点的抖动、振动、电弧、烧蚀等现象，造成触点接触电阻异常、触点粘接等故障，导致开关动态特性差、电寿命短等缺陷。机械触点在开断过程中电弧磨损不可避免，且功率越大电磨损越严重，是造成直流电磁式接触器可靠性差、寿命短的关键因素。现在，机车电力系

3、统在功率等级和转换效率上大幅度的提高，传统电磁开关电器可靠性是最薄弱的环节，越来越不适应系统整体发展。直流混合式接触器集电磁电器和电子开关两者的优点，在机械触头通断瞬间，由数字/模拟控制电路触发电子开关器件（三极管、晶闸管、MOSFET及IGBT等）承担负荷，稳态时由机械触头承载工作电流。其解决了电弧烧蚀等问题，延长了接触器电寿命，因此直流混合式接触器可大幅度提高机车电力系统的可靠性和安全性。其主要优点是：(1)无弧长寿命；(2)高可靠性；(3)绿色环保；(4)防爆。2、研究现状国内外已有交流混合开关电器产品问世，混合式开关电器研究大多集中在混合断路器、混合限流器等电器行业，但铁路机车用混合式

4、直流接触器的研究工作甚少，而且没有成型产品问世，其控制技术尚处于起步阶段，因此铁路机车用无弧直流接触器的研究为新型长寿命电器的产品化奠定了基础，能更好的推进铁路行业快速发展。混合式接触器具有无弧等优点，可以应用在电力系统、煤矿等一些特殊的场合，提高其安全性能。二、 主要内容（1）了解电子电路机器可靠性设计课程基本内容；（2）了解混合式直流接触器控制电路的工作原理、电路结构；（3）对混合式直流接触器控制电路进行仿真；（4）对照控制电路电路图进行电路板焊接；（5）对电路板进行调试三、 控制电路设计3.1、 总体设计图 图1：控制电路总体设计图3.2、电源模块 图2：控制电路电源模块电路图J1：电源

5、输入端D2、D5：普通二极管，4007R1：功率电阻，680C1：大功率电容，160V100FD3、D4：稳压二极管，D3是24V，D4是15VJP1、JP3：电源模块，JP1是24VDC-DC模块，JP3是15VDC-DC模块3.3 、控制电路模块详见控制电路模块分析3.4 、驱动保护模块 图3：驱动电路模块电路图U4：光藕隔离模块，TLP521520250J3：200V180A的MOSFET器件，IXFN180N20(或3个IXFH80N20并联)。其中，1引脚接MOS管栅极，2引脚接MOS管源极；或者是600V600A的IGBT器件，2个CM600HU-12H并联。其中，1引脚接TGBT

6、栅极，2引脚接IGBT集电极电阻均为普通电阻：R2=56K，R3=2.2K，R4=220，R5=220，R6=2.2K，R7=2.2K，R8=5.1K，R9=10，R17=100，R18=220电容均为普通电容：C12=100P，C14=22n，C15=100n三极管：Q1、Q2、Q7、Q8是NPN型三极管2383，Q3是PNP型三极管1013D6，D11：普通二极管，4007D21：稳压管，15V保护时间调节参数：MOSFET：C13-200P普通电容，D18-15V稳压管，D19-10V稳压管，D1-快恢复稳压管（顺便稳压管FR157）6个IGBT：C13-4.7nF普通电容，D18-13

7、V稳压管，D19-8.2V稳压管，D1-快恢复稳压管（顺便稳压管FR157）2个四、控制电路模块分析4.1、混合式直流接触器控制电路总体电路图 图4：控制电路总体电路图4.2、混合式直流接触器控制电路分段分析接触器脉冲输入部分电路图如下： 图5：接触器脉冲输入部分V1接触器通断部分输入。接触器导通时输入100V直流电压；接触器断开时电压为零。所以用100V脉冲电压源代替。输出电压高电平为100V，低电压为0V，高电压时间为500ms，周期为1s。1.接触器导通时，V1输出100V直流电压，上升沿。支路1：电流通过D7，R8，D10，D11，R17接地，D12将INPUT电压钳位在15V；支路2

8、：刚导通时，Q4导通，电流经过D7，R6，Q4，D11，R17接地，当C6充电结束时，Q4截止，支路2断开。支路2的组要作用是在接触器导通，输入出现上升沿时，增大INPUT输出电流。2.接触器断开，V1输出电压为0，下降沿。INPUT输出为0；Q3导通，C1通过Q3，R4放电。脉冲转换输出部分电路图如下： 图6：接触器脉冲输出部分7812三端变压器，将INPUT的15V电压转换为12V；4001或非门；C1滤波；C8在上升沿来到阶段带电；C5充电电容，为4001上电。INPUT输入波形：OUTPUT输出波形： a b c d e f g图7：接触器脉冲输入输出波形1.接触器导通：INPUT输入

9、15V电压，NEXTPUT输出12V电压，上升沿a b段：Q2截止，C4充电中，4001A输入为1、0，输出为0；Q1截止，C5充电中，4001B输入为0、1，输出为0；待添加的隐藏文字内容3C7充电中，4001C输入为0、0，输出为1；C8原本带电，Q5截止，4001D输入为1、0，输出为0；OUTPUT输出为0b c段：R3电阻较小（47k），C3充电首先结束，4001B输入变为0、0，输出为1；C7充电结束，4001C输入变为1、1，输出为0；同时Q5导通，C8通过Q5放电；4001D输入变为0、1，输出为0；OUTPUT输出为1c d段：R2电阻较大（270k），C4充电较晚结束，40

10、01A输入变为0、0，输出为1；4001B输入变为1、0，输出为0；其他不变；OUTPUT输出为02.接触器断开，INPUT输入0，NEXTPUT输出0，下降沿d e段：Q2导通，C4通过Q2放电（快），4001A输入0、0，输出1；Q1导通，C3 通过Q1放电（快），4001B输入1、0，输出0；C7通过R13放电（慢），4001C输入输出不变（0）；Q5截止，4001D输入输出不变（0）；OUTPUT输出为0e f段：4001A、4001B不变（1，0）C7放电结束，4001C输入0、0，输出1，并对C8充电（所以在a b段时C8为带电状态）；4001D输入0、0，输出为1；OUTPUT输

11、出为1f g段：C8充电结束，4001D输入1、0，输出为0；其他不变；OUTPUT输出为0五、心得体会基本完成了对混合式直流接触器控制电路的实践设计与制作工作，通过实践对电子电路及其可靠性设计有了一定的了解。通过这次创新研修课的学习，我了解了很多有关于各种电子电路的可靠性设计，同时，也了解了可靠性设计在工业、农业、军事等方面的应用，使我明白可靠性设计在生产生活中的重要作用。混合式直流接触器设计不但使我对可靠性设计有了更深刻的了解，也让我再其他方面受益良多。首先是接触了并尝试了protel软件，了解了protel软件的基本操作以及与其他仿真软件的不同之处。其次，连接了印制电路板的制作过程并且亲手实践了元器件的焊接过程，通过这一过程让我锻炼了双手的灵活性、手脑的配合性等。最后，在电路板的调试过程中虽然存在许多问题，但却是让人最有收获的。不但进一步加深了对仿真电路图与真实电路之间的逻辑关系的理解，而且让我对示波器等仪器的操作有了更进一步的理解。在这短短两三个月的时间里，老师以及各位师兄不仅在专业方面给了我很大的帮助，也在我今后的学习生活中指明了方向。我会在今后的学习生活中更加努力，争取更大的成绩。