基于IGBT元件的礦用電機(jī)車改造

　　基于IGBT元件的礦用電機(jī)車改造，是小編為大家精心整理的關(guān)于礦用電機(jī)車改造的論文，歡迎各位機(jī)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(jī)車調(diào)速控制有電阻限流調(diào)速和可控硅脈沖調(diào)速。這兩種調(diào)速控制方式均有一些不足的地方，采用IGBT元件，進(jìn)行電機(jī)車司控器一體化改造，可較好的解決這一問題。文章對IGBT元件進(jìn)行了簡介，對其驅(qū)動(dòng)模塊的內(nèi)部電路組成與特點(diǎn)、性能參數(shù)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(jī)車 M57962AL

　　前言

　　煤炭是我國主要能源之一，礦用電機(jī)車作為井下運(yùn)輸?shù)闹髁Γ�其可靠性、維護(hù)性和經(jīng)濟(jì)性等運(yùn)行性能正成為研究的熱點(diǎn)問題。國內(nèi)煤炭行業(yè)和機(jī)械電子行業(yè)都紛紛致力于該問題的解決方案，并取得了一系列的成績。目前，我國煤礦井下使用的直流電機(jī)車調(diào)速控制，基本采用兩種結(jié)構(gòu)。即，電阻限流調(diào)速和可控硅脈沖調(diào)速。電阻限流調(diào)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。可控硅脈沖調(diào)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(shè)備安裝分散，在架線式電機(jī)車中尚可應(yīng)用，而在隔爆型蓄電池電機(jī)車中，就無法安裝。也存在效率低和保護(hù)不全問題。采用IGBT元件，進(jìn)行電機(jī)車司控器一體化改造，可較好的解決以上問題。

　　1 IGBT元件簡介

　　IGBT元件是弱電控制強(qiáng)電的組合模塊。本身具有短路保護(hù)、過流保護(hù)、過熱保護(hù)、欠壓保護(hù)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(nèi)，只引出三個(gè)主電極和五對控制極，使用簡便、可靠。

　　IGBT元件具有正溫度系數(shù)，無二次電壓擊穿，可靠性高，它是給信號就通，停信號就斷開。使用中，不需要電抗、電容組成的充放電關(guān)斷電路，控制電路簡單，工作頻率高(可達(dá)數(shù)萬Hz)，轉(zhuǎn)換效率達(dá)98%。它不但用于直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制，也可以組合成變頻控制器，從1Hz～50Hz，實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。

　　IGBT 專用驅(qū)動(dòng)模塊M57962AL 適于驅(qū)動(dòng)大功率器件，可根據(jù)其內(nèi)部的自保護(hù)功能對其應(yīng)用電路進(jìn)行安全可靠設(shè)計(jì)。該模塊采用雙電源驅(qū)動(dòng)，有過流過壓檢測電路和保證IGBT 可靠通斷電路。總之，能夠安全地驅(qū)動(dòng)開關(guān)、變頻器中的大功率IGBT。

　　2 M57962AL內(nèi)部電路組成及其特點(diǎn)

　　M57962AL是日本三菱公司生產(chǎn)的專用驅(qū)動(dòng)模塊。

　　M57962AL的主要特點(diǎn)有：(1)高速輸入輸出隔離，絕緣強(qiáng)度高2500VAC/min;(2)適于單片機(jī)控制;(3)內(nèi)部有定時(shí)邏輯短路保護(hù)電路，同時(shí)具有延時(shí)保護(hù)特性;(4)具有可靠通斷措施(采用雙電源);(5)驅(qū)動(dòng)功率大，可以驅(qū)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(qū)動(dòng)信號輸出端;6端：接負(fù)電源VEE;8端：故障信號輸出;13端和14端：驅(qū)動(dòng)信號輸入端。

　　4 工作原理分析

　　實(shí)際應(yīng)用電路具有IGBT過流過壓保護(hù)功能。當(dāng)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(fù)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(qū)動(dòng)外接的保護(hù)電路工作。延時(shí)2～3s后，若檢測到13端為高電平，則M57962AL恢復(fù)工作。穩(wěn)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可靠開通與關(guān)斷，而不被誤導(dǎo)通或擊穿。

　　5 應(yīng)用IGBT元件進(jìn)行調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)

　　目前，我國煤礦井下直流架線電機(jī)車調(diào)速器采用兩種結(jié)構(gòu)，即：電阻調(diào)速和可控硅脈沖調(diào)速：電阻調(diào)速的缺點(diǎn)是機(jī)車運(yùn)行時(shí)其電機(jī)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(diào)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(jī)調(diào)速在國外早已應(yīng)用，現(xiàn)正向普及化發(fā)展，因IGBT具有正的溫度系數(shù)，無二次電壓擊穿，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(dá)數(shù)萬Hz)并且效率也很高(可達(dá)98%)。

　　由于調(diào)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(xiàn)了整機(jī)調(diào)速一體化，方便了安裝和維修。該調(diào)速器具有短路保護(hù)、過流保護(hù)、過熱保護(hù)、欠壓保護(hù)等保護(hù)功能，工作可靠。

　　采用IGBT大功率自關(guān)斷元件組裝的電機(jī)車斬波調(diào)速裝置，具有無級調(diào)速、閉環(huán)電制動(dòng)功能，體積小，安裝簡便，制動(dòng)效果好，可顯著減少剎車系統(tǒng)的磨損，延長制動(dòng)系統(tǒng)各部件的使用壽命和保養(yǎng)周期。同時(shí)，其控制電路采用單片計(jì)算機(jī)，計(jì)算精確，可靠性高，使車輛起動(dòng)、加速平穩(wěn)，消除了換流噪音，提高了車輛的運(yùn)行質(zhì)量。

　　由于該調(diào)速器免去了調(diào)速電阻箱，所以節(jié)電率高達(dá)35%，按10t電機(jī)車的2臺(tái)24kW電機(jī)每天運(yùn)行18h計(jì)算，日可節(jié)電302.4kW・h。如電費(fèi)按0.5元/kW・h計(jì)算，日節(jié)電費(fèi)151.2元，年節(jié)電費(fèi)55188元。

　　6 結(jié)束語

　　IGBT自身工作頻率高，響應(yīng)速度快，工作于開關(guān)狀態(tài)下其開關(guān)損耗大，這就對其驅(qū)動(dòng)可靠安全性提出了更高的要求。采用專用驅(qū)動(dòng)模塊M57962AL能夠驅(qū)動(dòng)大電流大功率的應(yīng)用，能實(shí)現(xiàn)對IGBT的過流過壓保護(hù)，同時(shí)，所設(shè)計(jì)的外圍應(yīng)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(xiàn)

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

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

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