无整流变压器的IGBT无触点起重电磁铁控制系统技术方案

无整流变压器的IGBT无触点起重电磁铁控制系统，包括主回路，主回路包括二极管模块、绝缘栅双极型晶体管模块1、绝缘栅双极型晶体管模块2、电容C1、电磁铁和分流器r；二极管模块包括二极管D1和二极管D2且并联连接；绝缘栅双极型晶体管模块1包括IGBT11和IGBT12且串联连接；IGBT11反并联二极管D11，IGBT12反并联二极管D12，绝缘栅双极型晶体管模块2包括IGBT21和IGBT22且串联连接，IGBT21反并联二极管D21，IGBT22反并联二极管D22，绝缘栅双极型晶体管模块1的一端并联有电容C1，本发明专利技术关断电磁铁电感电流时无需外加续流元件即可消除电磁铁两端所产生的电磁过压现象。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电磁铁的配套装置，具体涉及无整流变压器的IGBT无触点起重电磁铁控制系统。
技术介绍
目前起重电磁铁普遍采用的控制方法为可控硅正反桥控制方式，通过改变可控硅触发角来调节输出电压，即相位角控制方式，如图1所述；该电路由整流变压器和两组可控硅全控桥即正向桥A和反向桥B组成；整流变压器将三相380V交流电源变压为235V左右的电压，再经两组三相可控硅全控桥A或B整流调压后为电磁铁提供可调的励磁直流电压和退磁直流电压。当使正向桥A工作反向桥B关断时，电路为电磁铁提供220V左右的正向励磁电压；当使反向桥B工作正向桥A关断时，为电磁铁提供70V～220V的可调反向退磁电压，即正向桥A和反向桥B处在交替工作的状态。三相全控桥整流输出电压的调节是靠调节可控硅的相位角来实现的，即所谓的“相位角控制”方式，这是目前起重电磁铁控制领域普遍采用的控制方法。图1给出的电路虽然实现了对起重电磁铁的无触点控制，但仍有不足，主要体现在：(1)主回路需要安装与起重电磁铁容量相匹配的整流变压器才能很好的工作；(2)需要对主回路的12个可控硅元件连续发相序及相位严格的触发脉冲，由于主回路元件较多所以控制电路比较繁琐；(3)当电磁铁设备运行过程中由于电源滑线突然停电或控制设备发生故障导致电磁铁在运行过程中失电时，需要停电保磁电源迅速投入，否则会由于电磁铁的失磁造成重物坠落的事故，由于图1所示的主回路采用可控硅正向桥A和反向桥B交替换向工作方式，它与停电保磁电源回路没有公共的地端，所以它们之间的连锁控制比较繁琐。针对现有技术中存在的不足之处，有必要提供一种具有创造性的新颖性的控制系统。
技术实现思路
本专利技术提供一种具有创造性的无整流变压器的IGBT无触点起重电磁铁控制系统，以此来解决现有技术中存在的不足之处，从而解决了关断大电感L电流时的过压等现象。本专利技术提供是通过以下技术方案来实现，无整流变压器的IGBT无触点起重电磁铁控制系统，包括主回路：主回路包括二极管模块、绝缘栅双极型晶体管模块1、绝缘栅双极型晶体管模块2、电容C1、电磁铁和分流器r；所述二极管模块包括两个二极管元件，分别为二极管D1和二极管D2，二极管D1和二极管D2并联连接；所述绝缘栅双极型晶体管模块1包括2个IGBT元件，分别为IGBT11和IGBT12，IGBT11和IGBT12串联连接；所述IGBT11反并联有二极管D11，所述IGBT12反并联有二极管D12，所述绝缘栅双极型晶体管模块2包括2个IGBT元件，分别为IGBT21和IGBT22；IGBT21和IGBT22串联连接，IGBT21反并联有二极管D21，IGBT22反并联有二极管D22，所述绝缘栅双极型晶体管模块1的一侧并联有电容C1，所述绝缘栅双极型晶体管模块1和绝缘栅双极型晶体管模块2并联设置；所述电磁铁设置为电感L和电阻R串联；所述电磁铁的另一端串联有分流器r，所述电磁铁的一端，即P端设置在IGBT11的发射极和IGBT12的集电极的公共端处，所述分流器r的另一端，即N端设置在IGBT21的发射极和IGBT22的集电极的公共端处；所述二极管模块和电容C1直接将三相380V交流电压中的A相和B相整流成脉动直流电压Ud，脉动直流电压Ud经过绝缘栅双极型晶体管模块1和绝缘栅双极型晶体管模块2进行换向并且通过PWM脉宽调制技术对电磁铁调压控制，三相380V交流电源中的C相直接连接二极管整流回路直流侧IGBT回路的负端。作为一种优选的技术方案，所述二极管模块的型号设置为MDK250A1200V。作为一种优选的技术方案，所述绝缘栅双极型晶体管模块1和绝缘栅双极型晶体管模块2的型号均设置为MG200Q2YS1。作为一种优选的技术方案，所述电容C1由两个电容串联构成。无整流变压器的IGBT无触点起重电磁铁控制系统的控制方法：当控制IGBT11、IGBT22元件导通，IGBT21、IGBT12关断时，直流电压Ud加到电磁铁两端，得到UPN＞0的正向励磁电压，此时流过电磁铁的电流称为正向励磁电流；关断IGBT11、IGBT22，开通IGBT21、IGBT12时，电磁铁得到UPN＜0的反向退磁电压，此时流过电磁铁的电流称为反向退磁电流；考虑到IGBT11、IGBT22关断时或者IGBT21、IGBT12关断时，电磁铁两端产生电磁过电压，当需要关断正向励磁电流时，先关断工作元件IGBT11，然后利用仍处于开通工作状态的IGBT22元件对电感L电流进行续流，使电磁铁的电感L电流储能通过电磁铁的自身等效电阻按指数形式快速释放；当电磁铁的电感L电流下降到安全关断值时再去关断IGBT22，这时电磁铁的电感L剩余储能向电容C1转移，当IGBT22可靠关断后，开通IGBT21、IGBT12，使电磁铁得到反向退磁电压，退磁结束时的关断过程为：先关断IGBT21，然后利用仍处于开通状态的IGBT12元件对电感L电流进行续流。作为一种优选的技术方案，所述安全关断值是指小于实际情况下电磁铁工作电流的5％。本专利技术将三相380V交流电接入电路，经过二极管模块整流后得到脉动的直流电压，利用电磁铁大电感L、小电阻的特点，得到脉动较小的电感L电流.本专利技术的电容C1由两个电容串联构成，提高耐压性能例如，将两个耐压450V、容值为2000μF的电容串联，则得到一个耐压900V、容值为1000μF的等效电容，提高电路的耐压能力。本专利技术使用PWM脉宽调制技术控制IGBT11的栅极，可以对励磁电压的有效值和励磁电流I+的大小进行调节；同理，利用PWM脉宽调制技术控制IGBT21的栅极，则可以对退磁电压的有效值和退磁电流I-的大小进行调节。与现有技术相比较，本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术设置有二极管模块，二个二极管元件并联，且外加设置有电容C1直接将三相380V交流电源进行两相整流成脉动直流电压，省去整流变压器，利用电磁铁大电感、小电阻的特点，得到脉动较小的电感电流，体积小，节约了空间的占用率、质量轻、便于移动、成本低，节约购买资金。(2)本专利技术在关断电磁铁电感电流时无需外加续流元件即可消除电磁铁两端所产生的电磁过压现象。(3)本专利技术采用PWM技术，对用于励磁工作的IGBT11元件和用于退磁工作的IGBT21元件进行PWM脉宽调制，得到可调的工作电压和工作电流，由此取代了常规控制设备中的降压整流变压器，体积小，节约了空间的占用率、质量轻、便于移动。(4)本专利技术电路负端可与停电保磁回路的直流侧负端共联，因此连锁控制简单方便。附图图1为现有技术中可控硅正反桥控制方式的电路图；图2为本专利技术主回路电路图；图3为具体实施例中的UAC与UBC之间的相位差图；图4为具体实施例中以UC为基准且忽略电容C1的储能作用的脉动直流电压Ud的波形；图5为具体实施例中以UC为基准且不忽略电容C1的储能作用的脉动直流电压Ud的波形；图6为具体实施例中导通IGBT11和IGBT22、关断IGBT21和IGBT12的励磁电流的波形示意图；图7为具体实施例中电磁铁由正向励磁到反向退磁换向过程中先关断IGBT11的电流走向图；图8为具体实施例中电磁铁由正向励磁到反向退磁换向过程中先关断IGBT11后再关断IGBT22的电流走向图；图9为具体实施例中IGBT22可靠关断后，同时开通I本文档来自技高网...

【技术保护点】
无整流变压器的IGBT无触点起重电磁铁控制系统，包括主回路，其特征在于：主回路包括二极管模块(1)、绝缘栅双极型晶体管模块1(2)、绝缘栅双极型晶体管模块2(5)、电容C1、电磁铁(3)和分流器(4)r；所述二极管模块(1)包括两个二极管元件，分别为二极管D1和二极管D2，二极管D1和二极管D2并联连接；所述绝缘栅双极型晶体管模块1(2)包括2个IGBT元件，分别为IGBT11和IGBT12，IGBT11和IGBT12串联连接；所述1GBT11反并联有二极管D11，所述IGBT12反并联有二极管D12，所述绝缘栅双极型晶体管模块2(5)包括2个1GBT元件，分别为IGBT21和IGBT22；IGBT21和IGBT22串联连接，IGBT21反并联有二极管D21，IGBT22反并联有二极管D22，所述绝缘栅双极型晶体管模块1(2)的一侧并联有电容C1，所述绝缘栅双极型晶体管模块1(2)和绝缘栅双极型晶体管模块2(5)并联设置；所述电磁铁(3)设置为电感L和电阻R串联；所述电磁铁(3)的另一端串联有分流器(4)r，所述电磁铁(3)的一端，即P端设置在IGBT11的发射极和IGBT12的集电极的公共端处，所述分流器(4)r的另一端，即N端设置在IGBT21的发射极和IGBT22的集电极的公共端处；所述二极管模块(1)和电容C1直接将三相380V交流电压中的A相和B相整流成脉动直流电压Ud，脉动直流电压Ud经过绝缘栅双极型晶体管模块1(2)和绝缘栅双极型晶体管模块2(5)进行换向并且通过PWM脉宽调制技术对电磁铁(3)调压控制，三相380V交流电源中的C相直接连接二极管整流回路直流侧IGBT回路的负端。...

【技术特征摘要】
1.无整流变压器的IGBT无触点起重电磁铁控制系统，包括主回路，其特征在于：主回路包括二极管模块(1)、绝缘栅双极型晶体管模块1(2)、绝缘栅双极型晶体管模块2(5)、电容C1、电磁铁(3)和分流器(4)r；所述二极管模块(1)包括两个二极管元件，分别为二极管D1和二极管D2，二极管D1和二极管D2并联连接；所述绝缘栅双极型晶体管模块1(2)包括2个IGBT元件，分别为IGBT11和IGBT12，IGBT11和IGBT12串联连接；所述1GBT11反并联有二极管D11，所述IGBT12反并联有二极管D12，所述绝缘栅双极型晶体管模块2(5)包括2个1GBT元件，分别为IGBT21和IGBT22；IGBT21和IGBT22串联连接，IGBT21反并联有二极管D21，IGBT22反并联有二极管D22，所述绝缘栅双极型晶体管模块1(2)的一侧并联有电容C1，所述绝缘栅双极型晶体管模块1(2)和绝缘栅双极型晶体管模块2(5)并联设置；所述电磁铁(3)设置为电感L和电阻R串联；所述电磁铁(3)的另一端串联有分流器(4)r，所述电磁铁(3)的一端，即P端设置在IGBT11的发射极和IGBT12的集电极的公共端处，所述分流器(4)r的另一端，即N端设置在IGBT21的发射极和IGBT22的集电极的公共端处；所述二极管模块(1)和电容C1直接将三相380V交流电压中的A相和B相整流成脉动直流电压Ud，脉动直流电压Ud经过绝缘栅双极型晶体管模块1(2)和绝缘栅双极型晶体管模块2(5)进行换向并且通过PWM脉宽调制技术对电磁铁(3)调压控制，三相380V交流电源中的C相直接连接二极管整流回路直流侧IGBT回路的负端。2.根据权利要求1所述的无整流变压器的IGBT无触点起重电磁铁控制系统其特征在于：所述二极管模块(1)的型号设...

【专利技术属性】
技术研发人员：张太宁，朱琳琳，梁宵，陈新禹，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21