基于IGBT元件的礦用電機車(chē)改造

　　基于IGBT元件的礦用電機車(chē)改造，是小編為大家精心整理的關(guān)于礦用電機車(chē)改造的論文，歡迎各位機電一體化的同學(xué)閱讀!

　　摘要：目前，我國煤礦井下使用的直流電機車(chē)調速控制有電阻限流調速和可控硅脈沖調速。這兩種調速控制方式均有一些不足的地方，采用IGBT元件，進(jìn)行電機車(chē)司控器一體化改造，可較好的解決這一問(wèn)題。文章對IGBT元件進(jìn)行了簡(jiǎn)介，對其驅動(dòng)模塊的內部電路組成與特點(diǎn)、性能參數等都進(jìn)行了介紹，還分析了工作原理。

　　關(guān)鍵詞：IGBT 礦用電機車(chē) M57962AL

　　前言

　　煤炭是我國主要能源之一，礦用電機車(chē)作為井下運輸的主力，其可靠性、維護性和經(jīng)濟性等運行性能正成為研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。國內煤炭行業(yè)和機械電子行業(yè)都紛紛致力于該問(wèn)題的解決方案，并取得了一系列的成績(jì)。目前，我國煤礦井下使用的直流電機車(chē)調速控制，基本采用兩種結構。即，電阻限流調速和可控硅脈沖調速。電阻限流調速的缺點(diǎn)是串聯(lián)限流電阻耗能高，易壞，司控器觸頭維修量大、消耗高、控制器壽命短�？煽毓杳}沖調速的缺點(diǎn)是工作頻率低(300Hz左右)，電路中的濾波電抗、電容及換向電抗、電容的容量大，造成該裝置體積大，設備安裝分散，在架線(xiàn)式電機車(chē)中尚可應用，而在隔爆型蓄電池電機車(chē)中，就無(wú)法安裝。也存在效率低和保護不全問(wèn)題。采用IGBT元件，進(jìn)行電機車(chē)司控器一體化改造，可較好的解決以上問(wèn)題。

　　1 IGBT元件簡(jiǎn)介

　　IGBT元件是弱電控制強電的組合模塊。本身具有短路保護、過(guò)流保護、過(guò)熱保護、欠壓保護等功能，是高智能電力電子元件，各種電路都封裝在一個(gè)整體內，只引出三個(gè)主電極和五對控制極，使用簡(jiǎn)便、可靠。

　　IGBT元件具有正溫度系數，無(wú)二次電壓擊穿，可靠性高，它是給信號就通，停信號就斷開(kāi)。使用中，不需要電抗、電容組成的充放電關(guān)斷電路，控制電路簡(jiǎn)單，工作頻率高(可達數萬(wàn)Hz)，轉換效率達98%。它不但用于直流電動(dòng)機的調速控制，也可以組合成變頻控制器，從1Hz～50Hz，實(shí)現交流電動(dòng)機的調速控制。

　　IGBT 專(zhuān)用驅動(dòng)模塊M57962AL 適于驅動(dòng)大功率器件，可根據其內部的自保護功能對其應用電路進(jìn)行安全可靠設計。該模塊采用雙電源驅動(dòng)，有過(guò)流過(guò)壓檢測電路和保證IGBT 可靠通斷電路�？傊�，能夠安全地驅動(dòng)開(kāi)關(guān)、變頻器中的大功率IGBT。

　　2 M57962AL內部電路組成及其特點(diǎn)

　　M57962AL是日本三菱公司生產(chǎn)的專(zhuān)用驅動(dòng)模塊。

　　M57962AL的主要特點(diǎn)有：(1)高速輸入輸出隔離，絕緣強度高2500VAC/min;(2)適于單片機控制;(3)內部有定時(shí)邏輯短路保護電路，同時(shí)具有延時(shí)保護特性;(4)具有可靠通斷措施(采用雙電源);(5)驅動(dòng)功率大，可以驅動(dòng)600A/600V或400A/1200V的IGBT模塊。

　　3 M57962AL的引腳圖

　　M57962AL是厚模單列直插式封裝，從左至右依次編號，其中9～12為空端。1端和2端：故障檢測輸入端;4端：接正電源VCC;5端：驅動(dòng)信號輸出端;6端：接負電源VEE;8端：故障信號輸出;13端和14端：驅動(dòng)信號輸入端。

　　4 工作原理分析

　　實(shí)際應用電路具有IGBT過(guò)流過(guò)壓保護功能。當檢測到輸入1端的電壓為7V時(shí)，模塊判定為電路短路，立即通過(guò)光耦輸出關(guān)斷信號關(guān)斷，從而使其5端輸出低電平將IGBT的GE兩端置于負向偏置，可靠關(guān)斷。同時(shí)，輸出誤差信號使故障輸出端8端為低電平，從而驅動(dòng)外接的保護電路工作。延時(shí)2～3s后，若檢測到13端為高電平，則M57962AL恢復工作。穩壓管Z1用于防止D1擊穿而損壞M57962AL，RG為限流電阻，DZ2和DZ3起限幅作用，以確保IGBT可靠開(kāi)通與關(guān)斷，而不被誤導通或擊穿。

　　5 應用IGBT元件進(jìn)行調速的優(yōu)點(diǎn)

　　目前，我國煤礦井下直流架線(xiàn)電機車(chē)調速器采用兩種結構，即：電阻調速和可控硅脈沖調速：電阻調速的缺點(diǎn)是機車(chē)運行時(shí)其電機串聯(lián)電阻消耗電能，并且觸頭式控制器的維修量大�？煽毓杳}沖調速器的缺點(diǎn)是可控硅的工作頻率低(300Hz)因而電路中的濾波電抗、濾波電容、換向電抗、換向電容的電感量很大，因而體積太大，(一般分為三個(gè)部分：即電容箱、主電路箱、控制器)由于可控硅需要耗能，因而其效率也較低。

　　IGBT直流電機調速在國外早已應用，現正向普及化發(fā)展，因IGBT具有正的溫度系數，無(wú)二次電壓擊穿，因此可靠性很高;由于IGBT是給信號就通，停信號就斷，因此不需要用電抗電容器組成的充放電關(guān)斷電路，所以其工作頻率很高(可達數萬(wàn)Hz)并且效率也很高(可達98%)。

　　由于調速器采用了IGBT進(jìn)行高頻斬波，大大減小了濾波電容器的體積，并免去了換流電容、換流電抗，實(shí)現了整機調速一體化，方便了安裝和維修。該調速器具有短路保護、過(guò)流保護、過(guò)熱保護、欠壓保護等保護功能，工作可靠。

　　采用IGBT大功率自關(guān)斷元件組裝的電機車(chē)斬波調速裝置，具有無(wú)級調速、閉環(huán)電制動(dòng)功能，體積小，安裝簡(jiǎn)便，制動(dòng)效果好，可顯著(zhù)減少剎車(chē)系統的磨損，延長(cháng)制動(dòng)系統各部件的使用壽命和保養周期。同時(shí)，其控制電路采用單片計算機，計算精確，可靠性高，使車(chē)輛起動(dòng)、加速平穩，消除了換流噪音，提高了車(chē)輛的運行質(zhì)量。

　　由于該調速器免去了調速電阻箱，所以節電率高達35%，按10t電機車(chē)的2臺24kW電機每天運行18h計算，日可節電302.4kW・h。如電費按0.5元/kW・h計算，日節電費151.2元，年節電費55188元。

　　6 結束語(yǔ)

　　IGBT自身工作頻率高，響應速度快，工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)下其開(kāi)關(guān)損耗大，這就對其驅動(dòng)可靠安全性提出了更高的要求。采用專(zhuān)用驅動(dòng)模塊M57962AL能夠驅動(dòng)大電流大功率的應用，能實(shí)現對IGBT的過(guò)流過(guò)壓保護，同時(shí)，所設計的外圍應用電路采用限制基極限流電阻和基射極限幅器，確保了IGBT基極不被燒壞和擊穿。

　　參考文獻

　　[1]王松玉，靳永剛，郅玲玲，李亞平.礦用電機車(chē)的常見(jiàn)故障與處理[J]. 礦山機械，2008(10)：11-13.

　　[2]郭英杰，張瑞強.薄煤層礦井架線(xiàn)電機車(chē)常見(jiàn)故障的處理及處理方法[J].科技傳播，2011(10)：09-11.

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