150t工矿电机车IGBT直流斩波电气传动系统分析
IGBT在新型矿用电机车司控器中的应用
IGBT在新型矿用电机车司控器中的应用晶闸管斩波器导通后，关断比较困难。
IGBT属于全控性器件，晶体管的导通和关断很容易实现。
IGBT在新型矿用电机车司控器中应用效果良好。
标签：晶闸管；斩波器；IGBT；矿用电机车司控器前言矿用电机车司控器采用晶闸管斩波调速的优点是：启动平稳、无极变速、效率高、损耗小。
不足之处是晶闸管一旦导通，关断比较困难，只能通过换流电容和电感振荡产生的反压来实现。
当电源电压下降时还会导致换流失败，电机车承受全部电压而失去控制，给生产和人身安全带来威胁。
晶闸管斩波器的工作频率低（150HZ～300HZ左右），电机上的力矩脉动和电流脉动比较严重，滤波器件体积较大。
晶闸管的开关时间受元件本身和换流电路参数的限制，一般导通率不能过低，否则在轻载时电流将出现断续，使电机附加损耗增大。
同时由于这种司控器无保护功能，因而故障率高。
1 IGBT 斩波器的工作原理1.1 IGBT元器件介绍IGBT的等效原理如图1所示，在IGBT的栅极和发射极之间加上正向驱动电压，MOSFET管（金属-氧化层半导体场效晶体管，简称金氧半场效晶体管）导通，这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态，晶体管导通；如果加在IGBT的栅极和发射极之间电压为0V，则MOSFET截止，晶体管截止。
1.2 IGBT组成的斩波器如图2a所示为IGBT-PWM放大器，在IGBT栅极G加上如图2b所示的脉冲信号，在0≤t≤ton时，IGBT导通，集电极电流流过电动机电枢；在ton≤t≤T期间，IGBT关断，续流二极管D续流，电枢电压和电流波形如图2c和2d所示。
电枢电压的平均值为：Uav=■Us=？籽Us，其中？籽=■为占空比。
如果栅极输入电压信号的频率一定，改变脉冲宽度，就改变了占空比，电枢上的平均电压就改变了，进而可以实现电机的调速。
图1 IGBT等效原理图图2 IGBT-PWM放大器2 IGBT矿用电机车伺控器电路原理分析2.1 电源部分电源部分由蓄电池组、隔离二极管D1、平波电容C1和C2。
矿用电铲电气传动系统对比与实用性分析
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矿用 电铲 电气传动 系统对 比与实用性 分析
邢 贵 平
（ 神华准格 尔能源有 限责任公 司设备维修 中心 ， 内蒙古 准格 尔 ０ １ ０ ３ ０ ０ ）
摘 要： 电动单斗挖掘机 （ 简称 电铲 ） 传动 系统发展经历 了机组直流调速 系统 、 可控硅直流调速 系统和 变频调速 系统三个阶段 。通过 对三个 电气系统的介绍 ， 就其各 自的优缺 点和在 实际应 用 中存在 的问题做 简要 分析 ， 说 明今后 电铲传动 系统的发展方 向， 为广 大用户在 电铲的升级改造和新设备 的采 购提供参考 。 关键词 ： 调 速 系统 ； 交流变频 ； 驱 动 原件
一
准格尔黑岱沟矿电铲 主要用 于开采 岩石和煤 ， 工作地点 的地形 块无法铲起 、 拨 动， 或堵转电流失控， 无法控制在设 定值 内， 导致 保护 标高（ 开采地点 ） 海拔高度 ８ ０ ０～１ ３ ５ ０ ｍ。开采的岩石性质 为砂岩及 原件或是原动机发 电机烧毁 。当负载较轻时， 异步 电动机 的转速基 泥岩 ， 抗 压强 度 ３ ８ ． ９ ３～５ ０ ． ８ ＭＰ ａ ， 抗 剪强 度 ３ ６ ． ７ ８～ ４ ６ ． １ ９ ＭＰ ａ ， 容重 本不变， 接近同步转速， 当负载较大时 ， 转速会下降 ， 当负载超过 ｍ３ ￣ 松散系数 １ ． ４ ） ； 开采的煤层容重 １ ． ５ ３ ｆ 转矩时， 会 出现垮转 现象。这是 直流发电机一电动机组 系统无法克 ｍ ， 煤层松 散容重 １ ． １ ３ ３ ｆ ｍ （ 松散系数 １ ． ３ ５ ） 。岩石相对煤具有较 服 的缺陷 。因机组直流传动系统存在 电能一 机械能一 电能转换 ， 发 高 的硬度和容重 ， 对 电铲 的抗 冲击性能 和铲斗 的挖掘能力都有较高 电机到电动机之间能量转换很小， 能量转换效率低 ， 电能损耗大 的缺 的要求 。 陷。 直流 电机的碳刷 等需要定期更换 ， 加之大量的继电器的使用 ， 使 １ ． ３供电 自然条件 整个 电气系统维 护工作量 大， 维护 工人工作环 境差 ， 生产作业 率低 采掘场外部露 天煤 矿变电所 一座 ，有两 台容量为 ５ ０ Ｍ Ｖ Ａ ， 三 等缺点 。 神华准格尔黑岱沟露 天煤矿在 ２ ０ １ １ 年 因设备老化 、 故 障率 绕 组变 压 器 ，电压 为 １ １ ０ ／ ３ ５ ／ ６ ｋ Ｖ。 由该 变 电所 至 采 掘场 设 两 回 升 高 、 维 护成本增 高 、 能耗 大 、 原设计 生产能 力不 能达到新 扩产要 ３ ５ ｋ Ｖ 架空线路（ 采掘场南 、 北侧各一 回） ， 负担采掘场 内电铲 、 钻 机等 求 、 将原有 ４台 ＷＫ — ｌ Ｏ Ｂ电铲全部停用 。但在内蒙的 白云铁矿等其 设 备 的用 电 。 它矿 山还有大量 的应用 ， 电气控制 系统也 部分进行 了升级 ， 采用 了 １ ． ４供电方式 无触点控制 。 电铲 的接 人电源采用 ３相 ， ５ ０ Ｈ ｚ ±１ Ｈ ｚ ，额定工作 电压 ６ ０ ０ ０ ３ 采用直流调速 系统的 ２ ８ ０ ０ ＸＰ电铲 Ｖ±１ ０ ％。经尾部 电缆卷筒经高压集电环接入高压控制柜 。 Ｐ ＆Ｈ公 司 ２ ０世纪 ９ ０年代生产 的 ２ ８ ０ ０ Ｘ Ｐ型电铲 ， 在 山西 的平 要求设备在供 电电压偏移 ±１ ０ ％，瞬时电压波动 一 ３ ０ ％和频率 塑露天矿和准格尔露天矿都有使 用。其中仅平塑露天矿就有 １ ３台 偏差 ５ ０ Ｈ ｚ ±１ Ｈ ｚ的条件下 可以正常运行 。在设备 起动负荷 、 尖峰 之 多 ， 准格 尔露 天 有 １台 。 ２ ８ ０ Ｏ Ｘ Ｐ电铲 电气 驱 动 形式 为逻 辑无 环 流 负荷 、 发 电尖峰 负荷 时对 供电系统 ３ ５ Ｋ Ｖ出 口处 电压 的偏移影 响不 可控硅直流调速系统。 可控硅直流调速 系统相对传统的电动机 发电 超 过 ±１ ０ ％。 机组， 使 系统效率提高 １ ５ ％。控制 电路早期为继 电器有触点 、 后 继升 １ ． ５工作制度和维修保养 制度 级为Ｐ Ｌ Ｃ控制。２ ８ ０ ０ Ｘ Ｐ电铲动力部分为外网 ６ ０ ０ ０ Ｖ交流通过电铲 工作 制度 ： 每天 ３班 ， 每班 ８小 时 ， 原则是休 人不休设备 ， 提高 下 部高压滑 环进入 ２ ０ ０ ０ Ｋ Ｖ Ａ主变压器 和 ３ ７ ５ Ｋ Ｖ Ａ的辅助变压 器 。 设备 的运用率 。维修 保养制度 ： 每天点检 ， 每运行 ２ ５ ０小时强制保 主变压器输 出 ６ ０ ０ Ｖ Ａ Ｖ通过可控硅 的全控桥供 给提 升、 推压 、 回转 养， 以确保设 备 的零故 能够及 时发现并得开修 理 ， 防止大 的机 电事 和行走 各部 电机 。辅 助变压器通过全控 桥向提升 电机 提供它励 电 故 障发生 。通 过以上资料可 以看 出， 电铲 的工作环境十分恶劣， 野外 源 ， 通过半控桥向推压及 回转 电机提供它励 电源。 作业 ， 高温 、 严寒 、 较大 的 日温 差 、 震 动、 粉尘 、 连续作业 ， 特别是在爆 ２ ８ ０ ０ Ｘ Ｐ电铲 电气 系统在准格尔黑岱沟露 天矿十几年 的实 际使 破不好或采矿作业面过高的情况下 ， 还存在挖根底作业 和突然 的大 用 中表 现出了 良好 的性能。电气故障率相对 同期投入使用 的 ３ ９ ５ Ｂ 面积塌方 ， 经常出现过大 的冲击载荷 ， 甚至堵转 。因此 ， 对 电气传 动 型电铲要低得多 。体现在电铲电气系统对 环境 的适 应性强 ， 受 环境 系统 要求 ： 不但要能够克 服恶劣的 自然条件 ， 还要在工 作时 电气传 变化影 响较小 ， 特别是在北方地 区， 日温差和年温差较大 ， 设备 老化 动系统 的机 械特性 曲线的包络 面积大 ， 有足够
矿用蓄电池电机车斩波调速系统简介及应用
矿用蓄电池电机车斩波调速系统简介及应用摘要：矿用蓄电池式电机车一直是井下煤矿运输的主要方式，但现有的调速方式主要为串电阻调速，其操作不便、耗能大、对触头冲击大、电机车易损坏，所以用IGBT斩波调速技术代替串电阻调速，节省能源、操作方便。
以IGBT为主开关管的直流斩波调速器，操作灵活、调速性能好、维修方便、经济实用。
会对煤矿的节能和高效率做出很大的贡献，并带来很好的经济效益和社会效益，对于煤矿运输安全起到了积极作用。
关键词：斩波调速司控器；功能；性能；特点；结构；比较；使用与维护0 前言电机车控制器大致经历了电阻凸轮调速、可控硅斩波调速以及IGBT为核心技术的ZBT智能调速三个阶段。
ZBT智能调速司控器，从根本上解决了原电阻调速司控器耗电量大，机械磨损快、启动冲击大、维修量大的弊端，大大提高了机车的牵引力和运行速度，强化了机车的保护功能，使机车变得安全平稳可靠。
ZBT新一代智能调速司控器是电阻调速司控器的升级换代升级产品，是目前国内最先进的矿用电机车调速司控器，也是电机车调速司控器中较理想的产品。
1 ZBT矿用隔爆型斩波司控器的功能概述该调速器是专为防爆特殊型蓄电池电机车设计、开发的新一代无极调速装置，IGBT为主要功率开关元件。
电路采用先进的控制技术，从根本上解决了原电阻调速机车带来的耗电量大、起动冲击、电器元件损坏多、机械磨损大等一系列弊病，此技术给矿山机车运输带来一个飞跃，使运行中更安全可靠、并增添了较大的经济效益。
2 ZBT矿用隔爆型斩波司控器的特点及优点（1）此斩波司控器采用全数字智能控制，主芯片为DSP，保护功能强大，可接受傻瓜式操作；（2）采用绝缘栅双极晶体管斩波，牵引和制动均为斩波控制，可节约电能30%以上；（3）牵引力大，速度快：牵引力比电阻调速提高20%，速度提高30%；（4）主要部件采用模块化结构设计，基本不需要维护，大大提高机车出勤率；（5）电压影响范围宽；（6）安全可靠，起动平稳无冲击，人员安全，性能可靠。
矿用电机车直流斩波调速器故障与解决办法
5 其他常见故障原因及解决办法
5.1 架线源有电袁电机车不走 渊1冤电流传感器尧定位器尧接近开关损坏袁将其检查判断
3.2 产生原因 渊1冤架线直流电源电压过高袁超过了整流管及电容器的
耐压值导致烧坏遥 渊2冤滤波电容袁二极管紧固螺丝松动引起损坏遥
3.3 解决办法 渊1冤检测架线电压袁及时调整架线电源输出电压袁用万用
表对整流二极管及滤波电容器进行检测袁对坏的电容器和整 流管进行更换曰检修架线受电弓时袁检修前必须对电容放电 后方可进行检修遥
ISSN1672-9064 CN35-1272/TK
能源技术
矿用电机车直流斩波调速器故障与解决办法
刘宝谋
渊福建永安煤业公司半罗山煤矿 福建永安 366022冤
摘要 介绍矿用电机车直流斩波调速器维护尧操作使用中经常出现的故障袁针对故障产生的原因进行分析袁并采取有效 的解决办法袁从而达到了节能尧降低维护成本和延长电机车使用寿命的良好效果遥
渊2冤定期检查各部件紧固螺丝是否松动袁尤其是滤波电 容尧IGBT尧续流二极管尧防反二极管紧固螺丝遥 若松动袁应及 时拧紧遥
渊3冤用电容表定期测量电容值袁对不合格电容进行更换遥
4 IGBT 主控斩波电路常见故障原因及解决办法
IGBT 是全控型功率器件 渊又称绝缘栅双极晶体管冤袁是 通过改变栅极驱动电压渊脉冲的宽度冤来控制 IGBT 的开关 来改变加在直流电动机上的平均电压袁实现调速遥 用本器可 代替原有的野鼓形控制器冶和晶闸管调速器对直流架线电机 车进行脉冲调速袁是调速器的核心部件遥 4.1 常见故障
全数字斩波调速系统在矿用电力机车的应用
了 由组合 开关 改变控 制 的欧姆 电阻 损耗 ， 制 动 时 在
还 可将 车辆 的动 能 回馈 到 电 网 中 ， 而实 现 了节约 从 能 源 的 目的 。鞍 钢集 团矿业 公 司 通过 科 研攻 关 ， 将
全数 字 Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ斩 波器 调速 系统 首次 应用 到 电力机 车
当中。通过 实际应用 ， 节能 效果 明显 。
板， 综合控 制柜 ， 司机控 制 台 ， 滤波 电抗器等部 件 ， 制 动 电阻 ， 向转换器 。 方
４ 系统特 点
年代 ， 晶闸管为 功率 开关 器 件 的斩 波 调 速器 以其 以
无级 、 高效 、 能而得 到大力 推广 。但其不 足之处 是 节 晶 闸管 一旦被触 发 ， 其关 断 必 须依 赖 换 流 电容 和换 流 电感 振荡产生 反压 来 实 现 ， 换流 电容 和 电感增 加
具有 明显 的优 点。 关键 词 ： 全数 字 ； 斩波 器 ； 速 系统 ； 调 电力机 车
中图分类号 ：Ｄ ４ Ｔ ６
１ 引 言
文 献标识码 ： Ｂ
文 章编号 ：６ ４６ ８ （０ ０）４０ ２ －２ １７ －０ ２ ２ １ ０ －１００
了装 置 的成本 ， 也增加 了换 流损耗 ； 电源 电压下 降还
方便地通 过改变 电枢 电压和励 磁 电流实现 宽范 围的
调速而得 到广泛 的应 用 ， 节 电枢 串联 电阻来 改变 调
其 电气 传动 系统构 成 ： 流斩波 柜 ，Ｌ 直 Ｐ Ｃ主控制
电枢 电压 ， 是最传 统 的直 流 电机调 速方法 ， 有相 当部 分 的电能 消耗 在 串联 电阻 上 ， 很不 经济 。２ ０世 纪 ８ ０
矿 用 电机 车采用 直流 电网供 电 ， 再用 Ｄ ／ Ｃ变 ＣＤ
高速机车无变压器化交流传动系统中直流斩波器稳态分析
开研究 ． 通过使用直流斩波技术取消车绒牵引变 压器 ． 实现无牵引变压器 的交流传 动系统结构， 是实 现车载牵引变压器小型轻量化的一种新方案 ， 这种 方案 以其结构简清 ， 兼容性好而成为一种很 有前途 的 技术选择 ． 而这一方案关键的ｒ 题之一就是直流斩波 口 Ｊ 器元件 的参数 如何 合理确定 元件参数的确定应该以主要 作方式下斩波器的 【 作性能为依据 ． 即元件 的参数选择首先要满足斩波 器稳态 Ｉ ： 作时的各项指标的限定要求 ． 因而． 稳态分
ＤＣ ｃｏ ｐ ｒ ｈ ａ ｙ ｏ ｔ ｎ ｆｈ ａｅ ｑ ａ ｏ ｒ Ｃ ｃｏ ｐ ｒｓ ｅ ｕｅ ｕ ｄｎ ｅ ｒ ｓ ｎ ｕ ｔ ｎ Ｔ ｅ ｅ ｔ ｎｈｔ ｅｅ ｐ ， ｅ ｔ ｄ ｌ ｏ ｅ ｔ ｕｔ ｎｂ ｐ ｅ ｄ ｃｄｂ ｂ ｉ ｉｇ ｈ ａ ｉ ｔ ｑ ａ ｏ ｈ ｌ ｏ ｗ ｅ ｈ ｅ Ｔ ｓ ｅ ｓ ｕ ｏ ｔ ｓ ｔｅ ｉ ｌ Ｄ ｈ ｉ ｉｄ ｙ ｌ ｔ ｔｎ ｅ ｅ ｉ ｒａ ｉ ｅ
研
●
冗
开
发
作者 简介：张雪菲 （ ９４ ， ｆ 一ｊ ７ 男 ．博 士 研 究 生 ． 主要 从
摘 要：利用真流斩波技 术实现高速机车尤变压器化交 流传 动系统结构是实现车载牵引变压器 事牵引拱 电系统 小型轻最化 的一种新方案 ． 其需要解决的关键问题 之一是直漉斩波器电路７件参数的确定。通过建立 电枝术研 究； ｅ
Ｋ ｙｗ ｒ ｓ ｈｇ ｐ ｅ ｃ ｍｏｉ ；Ａ ｒｖ ；Ｄ ｏ ｐ ｒ ｔａｙ ｓ ｔ ａ ｓ ；ｐ ｒｍ ｔｒｍｉｉｔ ｉａｉ ｄｌ ｈｅ ｉ ； ｅ ｏ ｄ ： ｉ ｌ ｅ ｄｌ ｏ ｔ ｅ Ｃｄ ｉ ｉ ｓ ｏ ｖ ｅ Ｃｃ ｐ ｅ ：ｓ ｄ ｌ ｅａ ｌ ｉ ａａ ｅｅ； ｎａ ｒ ｔ ｎａ ｇ ｔｎ ｇ ｈ ｅ ａ ｎ ｙｓ ｕｚ ｏ ｎ ｉ ｎ
IGBT直流斩波调速系统 Microsoft Word 文档 (3)
IGBT直流斩波调速系统一、设计正文 (Ⅰ)二、附录1.设计任务书2.设计中期检查报告3.指导教师指导记录表4.设计结题报告5.成绩评定及答辩评议表6.设计答辩过程记录IGBT组成的直流斩波调速系统摘要：随着电力电子器件的发展，快速关断器件如门极可关断晶体管GTO、功率双极型晶体管GTR、金属氧化硅晶体管MOSFET和绝缘栅双极晶体管IGBT等相继开发成功。
其中IGBT是集MOSEFT和GTR优点于一身。
即具有少子器件GTR的通态压降低、耐压高、可承受大电流等优点。
又兼有多子器件MOSFET的开关速度快、热稳定好、无二次击穿、输入阻抗高、驱动微功耗的长处。
因此倍受青睐。
尤其是在电机控制、中频和开关电源以及要求快速、低损耗的领域发展迅速。
本设计介绍交流电压经整流滤波后而变为脉动直流电压后，将用全控型IGBT的通断速度快、稳定性好、驱动电路简单等优点，将大功率IGBT模块作为主功率开关器件而形成的直流斩波电路，并对IGBT进行RCD缓冲电路的保护，采用CW494集成PWM调制器为核心控制器，得用线性锯齿振荡器上的定时元件CT、RT 决定CW494电路的工作频率，经CW494中两个内部驱动三极管的发射极并联电阻吸收栅极过电压送出脉宽调制驱动脉冲经并联电阻吸收栅极过电压到IGBT的栅极，从而实现直流电动机PWM调压调速，该调速系统以电压负反馈代替转速反馈，形成闭环控制来稳定输出电压，以比例积分调节器实现无静差调速，具有良好的性能。
关键词：功率晶体管；斩波调速；绝缘栅双极晶体管；驱动电路；占空比目录1．前言.................................................................. .. (1)2.调速系统方案确定.................................................................. (2)2．1 变压器.................................................................. (3)2.1.1 整流变压器的作用.................................................................. .. (3)2.1.2 整流变压器的特点.................................................................. .. (4)2．2 单相桥式整流电路.................................................................. . (4)2．3 电容滤波.................................................................. .. (5)2.3.1 电容滤波原理.................................................................. . (6)2.3.2 电容滤波优点.................................................................. . (6)2．4 IGBT的介绍.................................................................. . (6)2.4.1 工作原理.................................................................. (6)2.4.2 IGBT对驱动信号的要求.................................................................. .. (7)2．5 斩波器基本工作原理.................................................................. . (8)2.5.1 降压斩波电路.................................................................. . (8)2.5.2 升压斩波电路.................................................................. .. (10)2.5.3 Cuk斩波电路.................................................................. . (11)3.主电路计算.................................................................. . (13)3．1 整流变压器的计算.................................................................. . (14)3．2.整流元件选择.................................................................. . (14)3．3 滤波电容选择.................................................................. .. (15)3．4 IGBT选择.................................................................. (15)3．5 保护元件的选用.................................................................. . (16)3．6反馈电路参数选择.................................................................. .. (17)4．控制电路.................................................................. . (18)4．1 CW494的介绍.................................................................. . (19)4.1.1 CW494工作原理简述.................................................................. .. (20)4．2 参数选择.................................................................. .. (21)4．3 IGBT组成的直流斩波调速系统电气原理总图 (22)5．总结.................................................................. (24)参考文献.................................................................. . (25)谢辞.................................................................. . (2)61.前言现代的各行各业中，多数的机械都有调速的要求,直流电机调速系统具有良好的控制特性，得到了广泛的应用。
矿井电机车的控制系统设计解析论文
矿井电机车的控制系统设计解析论文摘要：以DSPIC30F6010A单片机为核心，设计了一种电机车变频调速控制系统，并从硬件和软件两方面对系统的构成要素和主要特性进行逐一分析，最后针对其实际应用效果进行分析。
结果表明所设计控制系统可以有效调控电机车运行，是确保电机车安全、稳定、低能耗运行的重要保障。
关键词：电机车;控制系统;设计分析;软件程序引言井下轨道电机车作为煤矿生产作业过程中所不可或缺的关键核心运输装备，其依据速度调控方式的差异可分为直流牵引电阻调速、直流牵引斩波调速和交流牵引变频调速三大类别。
其中交流牵引电机车作为新型的机车类型，相较于传统的直流牵引电机车具有质量轻、体积小、运行稳定性佳、作业维护简便、无需配设滑环与换向装置，防爆性能优良的诸多优势，加之变频调速技术良好的节能效果。
可以说，在交流牵引电机车必将成为今后井下电机车的主流形式。
因此结合其运行特征和使用需求，探究有效的电机车交流变频控制方案，构建性能优良的交流变频调速系统。
1控制系统设计分析基于DSPIC30F6010A型十六位单片机，设计研发一种电机车交流变频控制系统。
系统运行时有蓄电池供应直流电压，并经由三相逆变控制单元将直流电调控成频率可控的三相交流电。
整个系统的主要构成组件囊括蓄电池、充电及电容模块、三相逆变电桥、电流传感组件、驱动模块、检测模块、单片机控制电路等[1-2]。
2DSPIC30F6010A型单片机控制系统DSPIC30F6010A单片机控制电路为系统功能得以有效实现的关键核心，整个控制电路囊括五大构成部分：一是由DSPIC30F6010A型单片机、速度检测电路、数字输入信号端等构成的DSP（数字信号处理）数字系统，其可以有效开展各类数字运算、子模块调控以及电机车启停运行、点动运行、多段速设定等功效；二是运行模拟量接口电路，其构成组件包括电流电压检测模块、温度监测模块、运行速度设定模块等，功效是为DSP系统采集数字信息；三是IGBT（绝缘栅双极型晶体管）驱动电路，该电路能够将从DSP系统中输出的SPWM（脉冲宽度调制）讯号转换为能够调控IGBT系统的脉冲讯号。
IGBT脉冲调速系统在矿用电机车中的应用
IGBT脉冲调速系统在矿用电机车中的应用摘要：矿用电机车在煤矿井下担任着重要的运输任务，是重要的运输工具之一。
本文以KTTⅢ为例主要叙述IGBT调速系统在矿用电机车中的应用。
关键词：IGBT；电机车；应用1工作原理1.1主回路工作原理主回路由LC滤波电路,直流电动机M1、M2及其控制快关，续流二极管VD 及其RDCD阻容保护，绝缘栅双极三极管IGBT及其串并联吸收网络等组成。
LK、VDK、RK、CK为串联吸收网络，用以限制IGBT开通时电流的上升率。
VDS、CS、RS为并联吸收网络，用以限制IGBT关断时的电压上升率。
S1、S2、S3、R为能耗制动触点和电阻，S4为用于防止能耗制动电流过大和换向制动。
原理图如下：1）准备将受电弓与架空线搭接，将调速手柄扳至“停止”位、换向手柄扳至所需的运行方向（如“向前”位），合上自动空气开关S，接通主电源。
2）启动调速手柄顺时针扳至“启动”位，S1、S4闭合，电源经L0、C0滤波后加到主回路上，开关电源工作，给散热风扇和控制回路供电。
控制回路开始工作，送出受调制的脉冲电压信号，以驱动IGBT的基线接到一个正15V电压时，IGBT迅速饱和导通，电流由架线经S1-L0-H-S4-M2-C2-1-C2-2-Lk-IGBT-地，电动机工作，机车运行。
当IGBT的基极接到一个负5V电压时，IGBT迅速管断，电机经续流二极管VD续流，保证电机连续工作。
CD、RD与VD并联，用于降低VD的电流和电压上升率，保护续流二极管VD。
3）调速调速手柄继续顺时针扳至“调速”位，增大IGBT驱动信号正、负电压的时间间隔（即增大脉宽），而频率（周期）不变，就可增大IGBT导通时间，使电机端电压平均值增大，实现加速；反之，减小脉宽，可实现减速。
4）运行当调速手柄继续转动达到“全速”位置时，S2闭合，斩波器被短接，电机得到全电压而全速运行。
如果S2因故没有闭合，当脉宽增至90%以上时，脉宽调制器送出一个恒定的正的驱动信号，IGBT处于持续导通状态，机车自动转为全速运行。
矿用直流斩波调速器介绍
矿用直流斩波调速器介绍矿用直流斩波调速器介绍由于焦煤集团现阶段多采用斩波调速电机车，故下面针对这种调速方式再作一个专门介绍。
一、简介矿用直流斩波调速器适用于窄轨工矿电机车的直流电机实现启动、调速的配套产品。
本产品在过去可控硅脉冲调速基础上改进、发展而来，斩波器功率管采用比可控硅元件性能更好的进口IGBT绝缘栅双极型大功率晶体管元件，它是世界上最优秀的电力电子功率开关元器件，具有性能佳、开关频率高、驱动功率小、开断可靠、容量大、性能稳定等优点。
因此，采用IGBT斩波调速方案的机车具有无级调速、启动平稳、启动力矩大、保护功能全等特点。
新型的IGBT模块内部都设有过电流限制电路，能很好的保护机车电机和相关电器。
斩波调速机车能在波动大的直流电网正常运行，输入电压允许在+20%至-30%的范围内波动；矿用架线式机车调速器还具有电制动的挡位。
可以在很大程度上减少使用机车手制动的次数，使闸瓦片的磨损降低，减少维修量。
传统的电阻调速是通过改变启动电阻的阻值来调节电机电压，调速过程中启动电阻会大量发热损耗大量电能；而IGBT斩波调速是通过改变IGBT导通和关断时间的比值调节电机平均电压，调速过程中能量损耗极小。
所以在同等工况下斩波调速机车比电阻调速机车节能30%以上。
二、斩波调速器的组成：该调速器分蓄电池机车用调速器和架线式机车用调速器。
蓄电池机车用调速器由外壳、司机控制器、斩波主机组成，斩波主机包括控制驱动盒、光电给定器、IGBT模块（采用进口元器件）、DC/DC辅助开关电源模块、滤波电容共五部分。
架线式机车用调速器由司机控制器、斩波主机箱、平波电抗器及制动电阻器四大部分组成。
每台我公司出产的斩波调速器都印有“韶力牌”标志，谨防假冒产品。
IGBT是由场效应晶体管与大功率晶体管相结合的全控功率开关元件，其开关频率高，驱动功率小，当栅极施加+15V时，器件即导通，施加0或-15V时，器件即关断。
控制驱动盒为斩波调速器的核心部分，由波形发生器、脉宽调制器、给定跟随器、过流放大器、脉冲渐宽电路组成，实现欠压保护、过压保护及IGBT的驱动等功能。
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Ｓ ｒａ ． ４ ｅｉ１ Ｎｏ ４ １
矿
业
快
报
Ｍ ａｃ ． ０ ６ ｒｈ ２ ０
ＥＸＰ Ｓ ＮＦＯＲＭ ＡＴＩ ＲＥ Ｓ Ｉ ＯＮ ０Ｆ Ｉ ＮＧ ＮＤＵＳ Ｍ ＮＩ Ｉ ＴＲＹ
总 第 ４１ ４ 期 ２０ 年 ３月第 ３期 ０６
直 流斩 波器是 一种 把恒 定直 流 电压 变换成 负 载 所 需 的可变 直流 电压 的 电源 变换 装置 。它 通过 周期
性地快速通 、 ， 断 而把恒定的直流电压斩成一系列的
刘 柏 （ ９５ ， ， １ ５ 一）男 主任设计 师 ， 从事 电动车辆电传动装 置设
计开发工作 ，１ １ １湖南 省湘潭市下摄 司３ ２ 。 ４１０ ０号
１０ 工矿 电机车 Ｉ Ｔ直流斩波 电气传动系统分析 ５ｔ ＧＢ
刘 柏 林镇 鉴
（ 潭 电机 股 份 有 限 公 司 ） 湘
摘 要 ： １ ０ 工矿 电机 车 Ｉ Ｔ 直流 斩 波 电气传动 系统 设计要 求 出发 ， 从 ５ｔ ＧＢ 阐述 了 Ｉ Ｔ 直流、 主要技 术指 标 、 电路 工作 原理 及特 点 。分析 了 Ｉ Ｔ 直流 斩 波 器无 吸收 回 ＧＢ 路技 术特 征 ， 导 了母 线 电感 的计 算公 式 。介 绍 了对 老 车进行 电气传 动 系统技 术 更新 的 方案 。 推
流 电压 双 闭环调节 ， 可实现 牵 引 、 动工 况 下 的恒 电 制
流 力矩 调节 电阻 电气制 动 控制 。牵 引工 况 时采 用给 定 恒流值 控制 ， 即恒 流值跟 随 给定手 柄 ， 流调节 过 恒 程 中当导通 比达 到０ ９时 进入 全 电压 自然 机械 特性 ．８ 运 行 ， 个 起 动 加 速 过 程 电 流 恒 定 ， 加 速 度 冲击 整 无 感， 电机 车牵 引起 动运 行稳 定 。 制动 工况 为 电阻 能耗
液 晶显 示 屏 ，Ｌ 控制 主 要取 代 控 制 继 电器及 辅 助 ＰＣ 联 锁触 点 ， 以实现 无 触点 的软件 控制 模 式 。 以往 的 电 气 控 制采 用有 触 点 继 电器 控 制 ， 于继 电器为 机 械 由
接触 ， 故障率高 ， 维修不便 。改进后提高了系统的可
靠 性 和减 少 了设 备 维 修 工 作量 ， 时可 实 现 显示 屏 同 在 线显示 电机车 运行 状态 信 息及 故障 自诊 断信 息 。 １２ 主要 技术 指标 （ ． 见表 １ ）
衰 １ Ｉ Ｔ直流斩 波调压控 制装置主要技术指标 ＧＢ
ｎ为电机 台数 。
１ ３ 斩波 器 的工作 原理 Ｉ
脉 冲 电压 ， 改变 这 一 脉 冲 的宽 度 或 频率 就 可 以 实 现 输 出电压 平均 值 的调节 。直 流斩 波器 最初 是弱 电技 术， 随着 大功率 电子 技术 的发 展 ， 已广泛 地应 用 于 现
关键 词 ： 工矿 电机 车 ；ＧＢ 直流 斩波 器 ； Ｉ Ｔ； 无吸 收 回路 ； 车技 术更 新 老
中图分类 号 ： ＴＤ６＋ ４１
文献 标识 码 ： Ｂ
文章 编号 ：０ ９５ ８ （０ ６０ —０ ５０ １０—６ ３２０ ） ３０５ —４
件 ， Ｔ驱 动 电路采 用 ｌ Ｄ５ ５驱动 模 块 配置 光纤 Ｉ ＧＢ Ｇ １
车 电气传 动 系统 的技 术 水平 及 产 品 的更 新 换 代 ， 电
传 输线 ， 在高 电 压装 置 中光纤 信 号 传 输具 有抗 干 扰
能 力强 特点 。
微 机 控制 盒 是 装 置 的核 心 ， 备 １ 配 ６位 单 片 机 ８Ｃ１６ ０ ９ＫＣ和 Ｐ Ｄ 构成两 片机 系统 。控 制方 式 为 电 Ｓ
电气制动 调节 过程 中 可实现 过 流 、 路 、 在 短 过压 、 欠
机 车 电阻调 速 控制 装 置 用 主电路 简 单 、 可靠 性 高 的 Ｉ Ｔ直 流斩 波 器来 替 代 巳 势在 必行 。因此 开发 了 ＧＢ
用 于１ ０工 矿 电机 车 Ｉ Ｔ 直 流斩 波 电气 传动 系统 ５ｔ ＧＢ 及 Ｐ Ｃ控 制 装 置 。该 技 术 可 用 于 ８ ｔ １ ０ 、 ０ ｔ Ｌ ０、０ｔ ２０、 ２ ４＿ 电机车 及老 车 电气传 动系 统技术 改造 ２ｔ ￣矿 １ Ｉ Ｔ直 流 斩波 电气 传动 系统 ＧＢ
湘潭 电机 股份 有 限公司 是 国 内唯一 的准轨 大型
工矿电机车制造商 。曾为国内矿山企业生产过８ｔ ０、
ｌＯ、５ｔ２０ 、２ｔ Ｏｔ１０、０ｔ２ ４系列 工 矿 电 机 车 ， 电气 传 动 系 统 采用 有触 点 电阻 调速 控 制 ， 控制 及保 护 电路 采 用 继 电器 及辅 助 触 头联 锁 ， 以实 现 主 接触器 闭合 顺 序 调 速及 主电路 过 电压 、 电流保 护 提高工 矿 电机 过 为
压、 防空 转 等保护 功能 。
Ｐ Ｃ控制 单元 采用 西 门子 Ｓ Ｌ ７系列 Ｐ Ｃ及 彩色 Ｌ
１ １ 直 流斩 波调压 控制 装 置构成 ．
１ ０Ｖ 电压等级工矿电机车Ｉ Ｂ ０ ５ Ｇ Ｔ直流斩波调
压控 制装 置 ， 主要 由 Ｉ Ｔ 功率 组件 、 机控 制盒 及 ＧＢ 微 Ｐ Ｃ 控 制单 元 构 成 。Ｉ Ｂ 功 率 组 件采 用 ３３０ Ｌ Ｇ Ｔ ０ Ｖ、 ８０ 斩波 型 Ｉ Ｔ 模块 作 为主功 率元 件 ， ０Ａ ＧＢ 主元件 散 热 器 采 用新 型 风 冷 热管 散 热 器 ， 一个 Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ功 率 组 件单 独 驱动 一 台牵 引 电机 。１０工 矿 电机 车有 ６台 ５ｔ 牵 引 电机 ， 以 电气 传 动系 统需要 ６ Ｉ Ｔ功 率组 所 套 ＧＢ
直流传动电机车 ， ２ 世纪 ６ 从 ０ ０年代以来 的Ｓ Ｒ半 Ｃ 控 器件 强 迫换 流斩 波器 ， ８ 代 的 ＧＴ 全 控 器 到 Ｏ年 Ｏ