基于IGBT元件的矿用电机车改造

基于IGBT元件的矿用电机车改造

　　基于IGBT元件的矿用电机车改造，是小编为大家精心整理的关于矿用电机车改造的论文，欢迎各位机电一体化的同学阅读!

　　摘要：目前，我国煤矿井下使用的直流电机车调速控制有电阻限流调速和可控硅脉冲调速。这两种调速控制方式均有一些不足的地方，采用IGBT元件，进行电机车司控器一体化改造，可较好的解决这一问题。文章对IGBT元件进行了简介，对其驱动模块的内部电路组成与特点、性能参数等都进行了介绍，还分析了工作原理。

　　关键词：IGBT 矿用电机车 M57962AL

　　前言

　　煤炭是我国主要能源之一，矿用电机车作为井下运输的主力，其可靠性、维护性和经济性等运行性能正成为研究的热点问题。国内煤炭行业和机械电子行业都纷纷致力于该问题的解决方案，并取得了一系列的成绩。目前，我国煤矿井下使用的直流电机车调速控制，基本采用两种结构。即，电阻限流调速和可控硅脉冲调速。电阻限流调速的缺点是串联限流电阻耗能高，易坏，司控器触头维修量大、消耗高、控制器寿命短。可控硅脉冲调速的缺点是工作频率低(300Hz左右)，电路中的滤波电抗、电容及换向电抗、电容的容量大，造成该装置体积大，设备安装分散，在架线式电机车中尚可应用，而在隔爆型蓄电池电机车中，就无法安装。也存在效率低和保护不全问题。采用IGBT元件，进行电机车司控器一体化改造，可较好的解决以上问题。

　　1 IGBT元件简介

　　IGBT元件是弱电控制强电的组合模块。本身具有短路保护、过流保护、过热保护、欠压保护等功能，是高智能电力电子元件，各种电路都封装在一个整体内，只引出三个主电极和五对控制极，使用简便、可靠。

　　IGBT元件具有正温度系数，无二次电压击穿，可靠性高，它是给信号就通，停信号就断开。使用中，不需要电抗、电容组成的充放电关断电路，控制电路简单，工作频率高(可达数万Hz)，转换效率达98%。它不但用于直流电动机的调速控制，也可以组合成变频控制器，从1Hz～50Hz，实现交流电动机的调速控制。

　　IGBT 专用驱动模块M57962AL 适于驱动大功率器件，可根据其内部的自保护功能对其应用电路进行安全可靠设计。该模块采用双电源驱动，有过流过压检测电路和保证IGBT 可靠通断电路。总之，能够安全地驱动开关、变频器中的大功率IGBT。

　　2 M57962AL内部电路组成及其特点

　　M57962AL是日本三菱公司生产的专用驱动模块。

　　M57962AL的主要特点有：(1)高速输入输出隔离，绝缘强度高2500VAC/min;(2)适于单片机控制;(3)内部有定时逻辑短路保护电路，同时具有延时保护特性;(4)具有可靠通断措施(采用双电源);(5)驱动功率大，可以驱动600A/600V或400A/1200V的IGBT模块。

　　3 M57962AL的引脚图

　　M57962AL是厚模单列直插式封装，从左至右依次编号，其中9～12为空端。1端和2端：故障检测输入端;4端：接正电源VCC;5端：驱动信号输出端;6端：接负电源VEE;8端：故障信号输出;13端和14端：驱动信号输入端。

　　4 工作原理分析

　　实际应用电路具有IGBT过流过压保护功能。当检测到输入1端的电压为7V时，模块判定为电路短路，立即通过光耦输出关断信号关断，从而使其5端输出低电平将IGBT的GE两端置于负向偏置，可靠关断。同时，输出误差信号使故障输出端8端为低电平，从而驱动外接的保护电路工作。延时2～3s后，若检测到13端为高电平，则M57962AL恢复工作。稳压管Z1用于防止D1击穿而损坏M57962AL，RG为限流电阻，DZ2和DZ3起限幅作用，以确保IGBT可靠开通与关断，而不被误导通或击穿。

　　5 应用IGBT元件进行调速的优点

　　目前，我国煤矿井下直流架线电机车调速器采用两种结构，即：电阻调速和可控硅脉冲调速：电阻调速的缺点是机车运行时其电机串联电阻消耗电能，并且触头式控制器的维修量大。可控硅脉冲调速器的缺点是可控硅的工作频率低(300Hz)因而电路中的滤波电抗、滤波电容、换向电抗、换向电容的电感量很大，因而体积太大，(一般分为三个部分：即电容箱、主电路箱、控制器)由于可控硅需要耗能，因而其效率也较低。

　　IGBT直流电机调速在国外早已应用，现正向普及化发展，因IGBT具有正的温度系数，无二次电压击穿，因此可靠性很高;由于IGBT是给信号就通，停信号就断，因此不需要用电抗电容器组成的充放电关断电路，所以其工作频率很高(可达数万Hz)并且效率也很高(可达98%)。

　　由于调速器采用了IGBT进行高频斩波，大大减小了滤波电容器的体积，并免去了换流电容、换流电抗，实现了整机调速一体化，方便了安装和维修。该调速器具有短路保护、过流保护、过热保护、欠压保护等保护功能，工作可靠。

　　采用IGBT大功率自关断元件组装的电机车斩波调速装置，具有无级调速、闭环电制动功能，体积小，安装简便，制动效果好，可显著减少刹车系统的磨损，延长制动系统各部件的使用寿命和保养周期。同时，其控制电路采用单片计算机，计算精确，可靠性高，使车辆起动、加速平稳，消除了换流噪音，提高了车辆的运行质量。

　　由于该调速器免去了调速电阻箱，所以节电率高达35%，按10t电机车的2台24kW电机每天运行18h计算，日可节电302.4kW・h。如电费按0.5元/kW・h计算，日节电费151.2元，年节电费55188元。

　　6 结束语

　　IGBT自身工作频率高，响应速度快，工作于开关状态下其开关损耗大，这就对其驱动可靠安全性提出了更高的要求。采用专用驱动模块M57962AL能够驱动大电流大功率的应用，能实现对IGBT的过流过压保护，同时，所设计的外围应用电路采用限制基极限流电阻和基射极限幅器，确保了IGBT基极不被烧坏和击穿。

　　参考文献

　　[1]王松玉，靳永刚，郅玲玲，李亚平.矿用电机车的常见故障与处理[J]. 矿山机械，2008(10)：11-13.

　　[2]郭英杰，张瑞强.薄煤层矿井架线电机车常见故障的处理及处理方法[J].科技传播，2011(10)：09-11.

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