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基于IGBT元件的礦用電機車改造
基于IGBT元件的礦用電機車改造，是小編為大家精心整理的關(guān)于礦用電機車改造的論文，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，進行電機車司控器一體化改造，可較好的解決這一問題。文章對IGBT元件進行了簡介，對其驅(qū)動模塊的內(nèi)部電路組成與特點、性能參數(shù)等都進行了介紹，還分析了工作原理。
關(guān)鍵詞：IGBT 礦用電機車 M57962AL
前言
煤炭是我國主要能源之一，礦用電機車作為井下運輸?shù)闹髁�，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問題。國內(nèi)煤炭行業(yè)和機械電子行業(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(diào)速的缺點是工作頻率低(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，在架線式電機車中尚可應(yīng)用，而在隔爆型蓄電池電機車中，就無法安裝。也存在效率低和保護不全問題。采用IGBT元件，進行電機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元件是弱電控制強電的組合模塊。本身具有短路保護、過流保護、過熱保護、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整體內(nèi)，只引出三個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(可達數(shù)萬Hz)，轉(zhuǎn)換效率達98%。它不但用于直流電動機的調(diào)速控制，也可以組合成變頻控制器，從1Hz～50Hz，實現(xiàn)交流電動機的調(diào)速控制。
IGBT 專用驅(qū)動模塊M57962AL 適于驅(qū)動大功率器件，可根據(jù)其內(nèi)部的自保護功能對其應(yīng)用電路進行安全可靠設(shè)計。該模塊采用雙電源驅(qū)動，有過流過壓檢測電路和保證IGBT 可靠通斷電路�？傊�，能夠安全地驅(qū)動開關(guān)、變頻器中的大功率IGBT。
2 M57962AL內(nèi)部電路組成及其特點
M57962AL是日本三菱公司生產(chǎn)的專用驅(qū)動模塊。
M57962AL的主要特點有：(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(nèi)部有定時邏輯短路保護電路，同時具有延時保護特性;(4)具有可靠通斷措施(采用雙電源);(5)驅(qū)動功率大，可以驅(qū)動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(qū)動信號輸入端。
4 工作原理分析
實際應(yīng)用電路具有IGBT過流過壓保護功能。當檢測到輸入1端的電壓為7V時，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兩端置于負向偏置，可靠關(guān)斷。同時，輸出誤差信號使故障輸出端8端為低電平，從而驅(qū)動外接的保護電路工作。延時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元件進行調(diào)速的優(yōu)點
目前，我國煤礦井下直流架線電機車調(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)速的缺點是機車運行時其電機串聯(lián)電阻消耗電能，并且觸頭式控制器的維修量大。可控硅脈沖調(diào)速器的缺點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(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(可達數(shù)萬Hz)并且效率也很高(可達98%)。
由于調(diào)速器采用了IGBT進行高頻斬波，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，實現(xiàn)了整機調(diào)速一體化，方便了安裝和維修。該調(diào)速器具有短路保護、過流保護、過熱保護、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斬波調(diào)速裝置，具有無級調(diào)速、閉環(huán)電制動功能，體積小，安裝簡便，制動效果好，可顯著減少剎車系統(tǒng)的磨損，延長制動系統(tǒng)各部件的使用壽命和保養(yǎng)周期。同時，其控制電路采用單片計算機，計算精確，可靠性高，使車輛起動、加速平穩(wěn)，消除了換流噪音，提高了車輛的運行質(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35%，按10t電機車的2臺24kW電機每天運行18h計算，日可節(jié)電302.4kW・h。如電費按0.5元/kW・h計算，日節(jié)電費151.2元，年節(jié)電費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)動可靠安全性提出了更高的要求。采用專用驅(qū)動模塊M57962AL能夠驅(qū)動大電流大功率的應(yīng)用，能實現(xiàn)對IGBT的過流過壓保護，同時，所設(shè)計的外圍應(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
[1]王松玉，靳永剛，郅玲玲，李亞平.礦用電機車的常見故障與處理[J]. 礦山機械，2008(10)：11-13.
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