創(chuàng)新研修課之子電路的可靠性設(shè)計(jì)論文

1、混合式直流接觸器控制電路研究工作報(bào)告目 錄1概述 2 1.1研究目的及意義 2 1.2研究現(xiàn)狀 22 主要內(nèi)容 33 控制電路設(shè)計(jì) 3 3.1 總體設(shè)計(jì)圖 3 3.2 電源模塊 4 3.3 控制電路模塊 4 3.4 驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊 44控制電路模塊分析 6 4.1混合式直流接觸器控制電路總體電路圖 6 4.2混合式直流接觸器控制電路分段電路圖 65 心得體會(huì) 9一、概述1、研究目的及意義鐵路是國(guó)家的重要基礎(chǔ)設(shè)施、國(guó)民經(jīng)濟(jì)大動(dòng)脈和大眾化交通工具。加快鐵路發(fā)展，對(duì)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)小康社會(huì)的目標(biāo)具有重要意義和作用。經(jīng)過不斷的努力，我國(guó)鐵路事業(yè)取得了重大的進(jìn)步，但是目前鐵路運(yùn)輸能力與運(yùn)輸需求的矛盾依舊

2、十分突出，運(yùn)輸能力不足成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)進(jìn)一步發(fā)展的重大制約因素。鐵路不斷提速，對(duì)于擴(kuò)大鐵路運(yùn)輸能力，緩解鐵路運(yùn)輸瓶頸制約具有重要意義。提速需要安全可靠、高質(zhì)量的機(jī)車車輛，這些都依靠其組成零部件的質(zhì)量保證來實(shí)現(xiàn)。直流電磁式接觸器是鐵路機(jī)車與車輛供電系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的電器元件，其可靠性及壽命直接影響整個(gè)車輛系統(tǒng)的可靠性和安全性。直流接觸器在接通或分?jǐn)啻蠊β守?fù)載時(shí)，會(huì)出現(xiàn)觸點(diǎn)的抖動(dòng)、振動(dòng)、電弧、燒蝕等現(xiàn)象，造成觸點(diǎn)接觸電阻異常、觸點(diǎn)粘接等故障，導(dǎo)致開關(guān)動(dòng)態(tài)特性差、電壽命短等缺陷。機(jī)械觸點(diǎn)在開斷過程中電弧磨損不可避免，且功率越大電磨損越嚴(yán)重，是造成直流電磁式接觸器可靠性差、壽命短的關(guān)鍵因素?，F(xiàn)在，機(jī)車電力系

3、統(tǒng)在功率等級(jí)和轉(zhuǎn)換效率上大幅度的提高，傳統(tǒng)電磁開關(guān)電器可靠性是最薄弱的環(huán)節(jié)，越來越不適應(yīng)系統(tǒng)整體發(fā)展。直流混合式接觸器集電磁電器和電子開關(guān)兩者的優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械觸頭通斷瞬間，由數(shù)字/模擬控制電路觸發(fā)電子開關(guān)器件（三極管、晶閘管、MOSFET及IGBT等）承擔(dān)負(fù)荷，穩(wěn)態(tài)時(shí)由機(jī)械觸頭承載工作電流。其解決了電弧燒蝕等問題，延長(zhǎng)了接觸器電壽命，因此直流混合式接觸器可大幅度提高機(jī)車電力系統(tǒng)的可靠性和安全性。其主要優(yōu)點(diǎn)是：(1)無弧長(zhǎng)壽命；(2)高可靠性；(3)綠色環(huán)保；(4)防爆。2、研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外已有交流混合開關(guān)電器產(chǎn)品問世，混合式開關(guān)電器研究大多集中在混合斷路器、混合限流器等電器行業(yè)，但鐵路機(jī)車用混合式

4、直流接觸器的研究工作甚少，而且沒有成型產(chǎn)品問世，其控制技術(shù)尚處于起步階段，因此鐵路機(jī)車用無弧直流接觸器的研究為新型長(zhǎng)壽命電器的產(chǎn)品化奠定了基礎(chǔ)，能更好的推進(jìn)鐵路行業(yè)快速發(fā)展?；旌鲜浇佑|器具有無弧等優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用在電力系統(tǒng)、煤礦等一些特殊的場(chǎng)合，提高其安全性能。二、 主要內(nèi)容（1）了解電子電路機(jī)器可靠性設(shè)計(jì)課程基本內(nèi)容；（2）了解混合式直流接觸器控制電路的工作原理、電路結(jié)構(gòu)；（3）對(duì)混合式直流接觸器控制電路進(jìn)行仿真；（4）對(duì)照控制電路電路圖進(jìn)行電路板焊接；（5）對(duì)電路板進(jìn)行調(diào)試三、 控制電路設(shè)計(jì)3.1、 總體設(shè)計(jì)圖 圖1：控制電路總體設(shè)計(jì)圖3.2、電源模塊 圖2：控制電路電源模塊電路圖J1：電源

5、輸入端D2、D5：普通二極管，4007R1：功率電阻，680C1：大功率電容，160V100FD3、D4：穩(wěn)壓二極管，D3是24V，D4是15VJP1、JP3：電源模塊，JP1是24VDC-DC模塊，JP3是15VDC-DC模塊3.3 、控制電路模塊詳見控制電路模塊分析3.4 、驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊 圖3：驅(qū)動(dòng)電路模塊電路圖U4：光藕隔離模塊，TLP521520250J3：200V180A的MOSFET器件，IXFN180N20(或3個(gè)IXFH80N20并聯(lián))。其中，1引腳接MOS管柵極，2引腳接MOS管源極；或者是600V600A的IGBT器件，2個(gè)CM600HU-12H并聯(lián)。其中，1引腳接TGBT

6、柵極，2引腳接IGBT集電極電阻均為普通電阻：R2=56K，R3=2.2K，R4=220，R5=220，R6=2.2K，R7=2.2K，R8=5.1K，R9=10，R17=100，R18=220電容均為普通電容：C12=100P，C14=22n，C15=100n三極管：Q1、Q2、Q7、Q8是NPN型三極管2383，Q3是PNP型三極管1013D6，D11：普通二極管，4007D21：穩(wěn)壓管，15V保護(hù)時(shí)間調(diào)節(jié)參數(shù)：MOSFET：C13-200P普通電容，D18-15V穩(wěn)壓管，D19-10V穩(wěn)壓管，D1-快恢復(fù)穩(wěn)壓管（順便穩(wěn)壓管FR157）6個(gè)IGBT：C13-4.7nF普通電容，D18-13

7、V穩(wěn)壓管，D19-8.2V穩(wěn)壓管，D1-快恢復(fù)穩(wěn)壓管（順便穩(wěn)壓管FR157）2個(gè)四、控制電路模塊分析4.1、混合式直流接觸器控制電路總體電路圖 圖4：控制電路總體電路圖4.2、混合式直流接觸器控制電路分段分析接觸器脈沖輸入部分電路圖如下： 圖5：接觸器脈沖輸入部分V1接觸器通斷部分輸入。接觸器導(dǎo)通時(shí)輸入100V直流電壓；接觸器斷開時(shí)電壓為零。所以用100V脈沖電壓源代替。輸出電壓高電平為100V，低電壓為0V，高電壓時(shí)間為500ms，周期為1s。1.接觸器導(dǎo)通時(shí)，V1輸出100V直流電壓，上升沿。支路1：電流通過D7，R8，D10，D11，R17接地，D12將INPUT電壓鉗位在15V；支路2

8、：剛導(dǎo)通時(shí)，Q4導(dǎo)通，電流經(jīng)過D7，R6，Q4，D11，R17接地，當(dāng)C6充電結(jié)束時(shí)，Q4截止，支路2斷開。支路2的組要作用是在接觸器導(dǎo)通，輸入出現(xiàn)上升沿時(shí)，增大INPUT輸出電流。2.接觸器斷開，V1輸出電壓為0，下降沿。INPUT輸出為0；Q3導(dǎo)通，C1通過Q3，R4放電。脈沖轉(zhuǎn)換輸出部分電路圖如下： 圖6：接觸器脈沖輸出部分7812三端變壓器，將INPUT的15V電壓轉(zhuǎn)換為12V；4001或非門；C1濾波；C8在上升沿來到階段帶電；C5充電電容，為4001上電。INPUT輸入波形：OUTPUT輸出波形： a b c d e f g圖7：接觸器脈沖輸入輸出波形1.接觸器導(dǎo)通：INPUT輸入

9、15V電壓，NEXTPUT輸出12V電壓，上升沿a b段：Q2截止，C4充電中，4001A輸入為1、0，輸出為0；Q1截止，C5充電中，4001B輸入為0、1，輸出為0；C7充電中，4001C輸入為0、0，輸出為1；C8原本帶電，Q5截止，4001D輸入為1、0，輸出為0；OUTPUT輸出為0b c段：R3電阻較?。?7k），C3充電首先結(jié)束，4001B輸入變?yōu)?、0，輸出為1；C7充電結(jié)束，4001C輸入變?yōu)?、1，輸出為0；同時(shí)Q5導(dǎo)通，C8通過Q5放電；4001D輸入變?yōu)?、1，輸出為0；OUTPUT輸出為1c d段：R2電阻較大（270k），C4充電較晚結(jié)束，4001A輸入變?yōu)?、0，

10、輸出為1；4001B輸入變?yōu)?、0，輸出為0；其他不變；OUTPUT輸出為02.接觸器斷開，INPUT輸入0，NEXTPUT輸出0，下降沿d e段：Q2導(dǎo)通，C4通過Q2放電（快），4001A輸入0、0，輸出1；Q1導(dǎo)通，C3 通過Q1放電（快），4001B輸入1、0，輸出0；C7通過R13放電（慢），4001C輸入輸出不變（0）；Q5截止，4001D輸入輸出不變（0）；OUTPUT輸出為0e f段：4001A、4001B不變（1，0）C7放電結(jié)束，4001C輸入0、0，輸出1，并對(duì)C8充電（所以在a b段時(shí)C8為帶電狀態(tài)）；4001D輸入0、0，輸出為1；OUTPUT輸出為1f g段：C8充

11、電結(jié)束，4001D輸入1、0，輸出為0；其他不變；OUTPUT輸出為0五、心得體會(huì)基本完成了對(duì)混合式直流接觸器控制電路的實(shí)踐設(shè)計(jì)與制作工作，通過實(shí)踐對(duì)電子電路及其可靠性設(shè)計(jì)有了一定的了解。通過這次創(chuàng)新研修課的學(xué)習(xí)，我了解了很多有關(guān)于各種電子電路的可靠性設(shè)計(jì)，同時(shí)，也了解了可靠性設(shè)計(jì)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事等方面的應(yīng)用，使我明白可靠性設(shè)計(jì)在生產(chǎn)生活中的重要作用。混合式直流接觸器設(shè)計(jì)不但使我對(duì)可靠性設(shè)計(jì)有了更深刻的了解，也讓我再其他方面受益良多。首先是接觸了并嘗試了protel軟件，了解了protel軟件的基本操作以及與其他仿真軟件的不同之處。其次，連接了印制電路板的制作過程并且親手實(shí)踐了元器件的焊接過程，通過這一過程讓我鍛煉了雙手的靈活性