礦用牽引電機(jī)車斬波調(diào)速器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種礦用牽引電機(jī)車斬波調(diào)速器，包括電源、直流電機(jī)、IGBT、吸收電容、換向開關(guān)和緩沖吸收電路模塊，該緩沖吸收電路模塊包括若干并聯(lián)相接的緩沖吸收電路；IGBT的漏極通過二極管與電源的正極連接，該IGBT的源極與電源負(fù)極E-連接，該IGBT的漏極端通過直流電機(jī)的線圈再串聯(lián)換向開關(guān)與直流電機(jī)的連接；緩沖電路模塊接于IGBT的漏極和源極之間；吸收電容C1接于電源正極與負(fù)極之間；直流電機(jī)通過換向開關(guān)與電源連接。本實(shí)用新型針對(duì)反向制動(dòng)時(shí)主功率管IGBT容易損壞而增加緩沖吸收電路，有效抑制了不良的尖峰脈沖，使峰值電壓保持在正常值范圍內(nèi)，提高了器件的使用壽命。本實(shí)用新型成本很低，安裝簡(jiǎn)單。
【專利說明】礦用牽引電機(jī)車斬波調(diào)速器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種斬波調(diào)速器，特別涉及一種礦用牽引電機(jī)車斬波調(diào)速器。
【背景技術(shù)】
[0002]斬波調(diào)速器自面世以來，其先進(jìn)性不言而喻。目前的斬波調(diào)速器多采用IGBT (絕緣柵雙極晶體管)作為主要功率器件，以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、調(diào)速平穩(wěn)、節(jié)能30%的優(yōu)異表現(xiàn)，取代了耗能和維修量極大的電阻調(diào)速方式(簡(jiǎn)稱電阻調(diào)速器)，成為了礦用牽引電機(jī)車司機(jī)操作平臺(tái)的主流產(chǎn)品。
[0003]但是，在最初的使用過程中，IGBT的實(shí)際工作使用壽命確達(dá)不到預(yù)期設(shè)計(jì)的使用壽命，主要表現(xiàn)在IGBT非常容易損壞。經(jīng)實(shí)踐調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在頻繁使用反向制動(dòng)時(shí)IGBT的損壞率最高。反向制動(dòng)是礦用牽引電機(jī)車在使用過程中，減速、剎車和制動(dòng)的主要手段之一，其特點(diǎn)是靈敏度高、反映速度快、可靠性強(qiáng)，另一種是手動(dòng)輪式減速、剎車制動(dòng)，但是制動(dòng)速度慢，不能滿足司機(jī)在實(shí)際使用中的需求。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種使用壽命長(zhǎng)的可靠的礦用牽引電機(jī)車斬波調(diào)速器。
[0005]本實(shí)用新型提供的這種礦用牽引電機(jī)車斬波調(diào)速器，包括電源、直流電機(jī)、IGBT、吸收電容、換向開關(guān)和緩沖吸收電路模塊，該緩沖吸收電路模塊包括若干并聯(lián)相接的緩沖吸收電路；IGBT的漏極通過二極管與電源的正極連接，該IGBT的源極與電源負(fù)極E-連接，該IGBT的漏極端通過直流電機(jī)的線圈再串聯(lián)換向開關(guān)與直流電機(jī)的連接；緩沖電路模塊接于IGBT的漏極和源極之間；吸收電容Cl接于電源正極與負(fù)極之間；直流電機(jī)通過換向開關(guān)與電源連接。
[0006]所述緩沖吸收電路模塊包括8組并聯(lián)相接的緩沖吸收電路單元，每組緩沖吸收電路單元包括2路并聯(lián)相接的緩沖吸收電路。所述緩沖吸收電路包括電阻模塊、電容和二極管，電阻模塊與二極管并聯(lián)后再串聯(lián)電容串聯(lián)相接；電阻模塊和二極管并聯(lián)的一端與所述IGBT的漏極連接，電容一端與所述IGBT的源極連接。所述電阻模塊包括8片貼片電阻，4片貼片電阻彼此串聯(lián)后與另外的已串聯(lián)相接的4片貼片電阻并聯(lián)相接。
[0007]本實(shí)用新型針對(duì)反向制動(dòng)時(shí)主功率管IGBT容易損壞而增加緩沖吸收電路，有效抑制了不良的尖峰脈沖，使峰值電壓保持在正常值范圍內(nèi)，提高了器件的使用壽命。本實(shí)用新型成本很低，是采用獨(dú)立元件成本的1/3，安裝簡(jiǎn)單，體積小，無需改動(dòng)現(xiàn)有防爆箱體。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本實(shí)用新型的電路原理示意圖。
[0009]圖2是IGBT在關(guān)斷和開通是電壓和電流的波形圖。
[0010]圖3是RCD電路原理圖。
[0011]圖4是RIXD電路原理圖。[0012]圖5是本實(shí)用新型的緩沖吸收電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]斬波調(diào)速器自面世以來，其先進(jìn)性不言而喻，但是，在最初的使用過程中，實(shí)際工作使用壽命確達(dá)不到預(yù)期設(shè)計(jì)的使用壽命，主要表現(xiàn)在IGBT非常容易損壞。經(jīng)實(shí)踐調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在頻繁使用反向制動(dòng)時(shí)IGBT的損壞率最高。
[0014]反向制動(dòng)是礦用牽引電機(jī)車在使用過程中，減速、剎車和制動(dòng)的主要手段之一，其特點(diǎn)是靈敏度高、反映速度快、可靠性強(qiáng)。
[0015]由此只要解決反向制動(dòng)時(shí)不損壞IGBT的問題，就能使產(chǎn)品達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)的使用壽命。如圖1所示，在不增加虛線框中的緩沖吸收電路時(shí)，A點(diǎn)的檢測(cè)的該點(diǎn)峰值電壓和峰值電流高于正常要求的峰值電壓和電流。依據(jù)IGBT的工作原理分析，IGBT沒有設(shè)計(jì)緩沖吸收電路(圖1虛線框:緩沖吸收電路)是造成IGBT損壞的根本原因，解決的辦法是在IGBT的A點(diǎn)和IGBT接線端子2間(即開關(guān)管QV上)接入緩沖吸收電路，使峰值電壓保持在正常值范圍內(nèi)。
[0016]現(xiàn)有未增加緩沖吸收電路的斬波調(diào)速器中，其吸收電容器Cl是IGBT的保護(hù)元件，是并聯(lián)在IGBT的接線端子I和2之間，即電源的正極E+和負(fù)極E-之間。而在實(shí)際使用中IGBT與直流電機(jī)是串聯(lián)使用的，因此IGBT是主開關(guān)，依據(jù)IGBT的使用原則，吸收電容器Cl對(duì)IGBT起不到保護(hù)作用的。
[0017]由于IGBT的工作頻率可以高達(dá)3(T50kHz ;因此很小的電路電感就可能引起頗大的電流尖峰，從而產(chǎn)生過電壓，危及IGBT的安全。由圖2(a)可知，在電流4下降過程中IGBT上出現(xiàn)了過電壓，其值為電源電壓Ucc和電感電壓Ldic/di兩者的疊加。
[0018]如圖2(b)所示，圖中增長(zhǎng)極快的電流ic出現(xiàn)了過電流尖峰iCP，當(dāng)該過電流尖峰icp回落到穩(wěn)定值時(shí)，過大的電流下降率同樣會(huì)引起IGBT上出現(xiàn)過電壓。IGBT開通時(shí)出現(xiàn)尖峰電流，其原因是由于在剛導(dǎo)通的IGBT負(fù)載電流上疊加了橋臂中互補(bǔ)管上反并聯(lián)的續(xù)流二極管的反向恢復(fù)電流，所以在此二極管恢復(fù)阻斷前，剛導(dǎo)通的IGBT上形成逆變橋臂的瞬時(shí)貫穿短路，使電流士出現(xiàn)尖峰，為此需要串入并聯(lián)緩沖吸收電路。
[0019]針對(duì)這個(gè)缺點(diǎn)，在IGBT的接線端子3和2之間并聯(lián)由RCD網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的緩沖吸收電路，該緩沖吸收電路的功能側(cè)重于開關(guān)過程中過電壓的吸收與抑制，從而有效抑制了不良的尖峰脈沖，保護(hù)了 IGBT，達(dá)到了產(chǎn)品預(yù)期設(shè)計(jì)的使用壽命。
[0020]如圖1所示，本實(shí)用新型包括電源、直流電機(jī)、IGBT、續(xù)流二極管D1、吸收電容、換向開關(guān)K1、換向開關(guān)K2、換向開關(guān)K3、換向開關(guān)K4和緩沖吸收電路模塊。IGBT的漏極與續(xù)流二極管Dl的陽(yáng)極端連接，該續(xù)流二極管Dl的陰極端與電源正極E+連接，該IGBT的源極與電源負(fù)極E-連接。緩沖電路模塊接于IGBT的漏極和源極之間。吸收電容Cl接于續(xù)流二極管Dl的陰極端與IGBT的源極端之間。該IGBT的漏極端通過直流電機(jī)的線圈再串聯(lián)換向開關(guān)K3與直流電機(jī)的M4端連接。直流電機(jī)的M3端通過換向開關(guān)Kl與電源E+連接。電源E+通過換向開關(guān)K2與直流電機(jī)的M4端連接，電源E-通過換向開關(guān)K4與直流電機(jī)的M3端連接。其中，換向開關(guān)Kl和換向開關(guān)K3為常閉開關(guān)，換向開關(guān)K2和換向開關(guān)K4為常開開關(guān)。圖1中所示的緩沖吸收電路為本實(shí)用新型的等效電路，其包括電阻模塊Rs、電容模塊Cs和二極管模塊Ds。[0021]電路原理:當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)，直流電機(jī)依靠慣性在自由運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)直流電機(jī)相當(dāng)于發(fā)電機(jī)在工作，在A點(diǎn)有電動(dòng)勢(shì)存在，該電動(dòng)勢(shì)通過續(xù)流二極管Dl回饋到電源正極E+端，如果不等直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速降為零時(shí)，就操作換向手柄，對(duì)電機(jī)進(jìn)行反向制動(dòng)，即換向開關(guān)Kl和換向開關(guān)K3均關(guān)斷，換向開關(guān)K2和換向開關(guān)K4均開通，那么易造成IGBT的損壞。這是由于反向制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的過電壓和過電流峰值很高，在剛導(dǎo)通的IGBT負(fù)載電流上疊加了橋臂中互補(bǔ)管上反并聯(lián)的續(xù)流二極管D2的反向恢復(fù)電流，所以在此二極管恢復(fù)阻斷前，剛導(dǎo)通的IGBT上形成逆變橋臂的瞬時(shí)貫穿短路，使電流i。出現(xiàn)尖峰，造成IGBT損壞。為此需要在IGBT的接線端子3和2之間接入RCD緩沖吸收電路。由于電容Cs電壓不會(huì)躍變，限制了重加電流/電壓尖峰。當(dāng)IGBT開通時(shí)電容Cs上的能量經(jīng)Rs泄放，有效抑制和吸收了有害的尖峰脈沖。
[0022]在一般的應(yīng)用中，RCD緩沖吸收電路采用的是獨(dú)立的電阻Rs、電容Cs和二極管Ds組成單元使用，該電路的電路連接方式如圖3和圖4所示。如圖3所示，當(dāng)電路的過電流在毫安-安培級(jí)，而斬波調(diào)速器本身工作電流在百安培級(jí)時(shí)，因IGBT與直流電機(jī)串聯(lián)使用，考慮IGBT工作時(shí)的開關(guān)特性以及直流電機(jī)在工作過程中產(chǎn)生的過電壓和過電流，兩者疊加綜合考慮可知，緩沖吸收電路的過電流能力不能小于斬波調(diào)速器本身工作電流。這樣一來，所選的電容和二極管及電阻均要使用大功率器件，并要加裝散熱器，這種做法導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本高、產(chǎn)品自身體積大，加之受斬波調(diào)速器內(nèi)部空間的限制，將要改動(dòng)防爆箱體，這樣一來，要重新做產(chǎn)品認(rèn)證，周期很長(zhǎng)，嚴(yán)重影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，本實(shí)用新型采用小功率RCD單元并聯(lián)的技術(shù)方案，有效的解決了上述問題，成本很低，體積小，安裝簡(jiǎn)單，是采用獨(dú)立元件成本的1/3，并不需要改動(dòng)原箱體。
[0023]如圖4所示，與IGBT串聯(lián)的電感Ls用于抑制電流/電壓尖峰的過量，與其并聯(lián)的電容Cs通過快速二極管Ds充電，吸收器件上出現(xiàn)的過電壓能量，由于電容電壓不會(huì)躍變，限制了重加電流/電壓尖峰。當(dāng)IGBT開通時(shí)電容Cs上的能量經(jīng)電阻Rs泄放。為了減少損耗，可將圖4中的RLCD電路簡(jiǎn)化為圖3的形式。這種由RCD單元構(gòu)成的緩沖吸收電路是本實(shí)用新型的原理依據(jù)。
[0024]本實(shí)用新型的緩沖吸收電路模塊包括若干并聯(lián)相接的緩沖吸收電路。結(jié)合具體實(shí)際的多種因素，本實(shí)用新型對(duì)如圖4所示的電路進(jìn)行了適應(yīng)性的改進(jìn)。
[0025]如圖5所示，本實(shí)用新型采用的緩沖吸收電路包括電阻模塊、電容Cl和二極管Dl，電阻模塊與二極管Dl并聯(lián)后再與電容Cl串聯(lián)相接。電阻模塊包括8片貼片電阻，將這8片貼片電阻等分為2組，每組中的4片貼片電阻彼此串聯(lián)相接，之后再將這2組已連接的貼片電阻并聯(lián)連接在一起，組成本實(shí)用新型的一種電阻模塊。
[0026]在具體實(shí)施時(shí)，再將若干個(gè)上述緩沖吸收電路的進(jìn)行并聯(lián)連接。由于應(yīng)用場(chǎng)合直流電機(jī)的電壓范圍從幾十伏特至幾百伏特，因此本實(shí)用新型優(yōu)選采用16個(gè)參數(shù)相同的上述緩沖吸收電路彼此并聯(lián)相接，來實(shí)現(xiàn)最終本實(shí)用新型的緩沖吸收電路模塊。為了便于PCB板的制作與器件的散熱等，本實(shí)用新型將這16個(gè)并聯(lián)相接的緩沖吸收電路分成8個(gè)單元，每個(gè)單元包括2路上述緩沖吸收電路；將這8個(gè)單元按照4行2列的形式布局在PCB板上，且每個(gè)單元的二極管側(cè)配置一塊散熱器。每個(gè)單元的2路上述緩沖吸收電路并聯(lián)連接，之后在PCB板上將8個(gè)單元的緩沖吸收電路并聯(lián)連接在一起。
[0027]實(shí)踐證明，本實(shí)用新型切實(shí)可行，并達(dá)到了預(yù)期目的。
【權(quán)利要求】
1.一種礦用牽引電機(jī)車斬波調(diào)速器，包括電源、直流電機(jī)、IGBT、吸收電容、換向開關(guān)，其特征在于，該調(diào)速器還包括緩沖吸收電路模塊，該緩沖吸收電路模塊包括若干并聯(lián)相接的緩沖吸收電路；IGBT的漏極通過二極管與電源的正極連接，該IGBT的源極與電源負(fù)極連接，該IGBT的漏極通過直流電機(jī)的線圈再串聯(lián)換向開關(guān)后與該直流電機(jī)的接線端連接；緩沖吸收電路模塊接于IGBT的漏極和源極之間；吸收電容接于電源正極與負(fù)極之間；直流電機(jī)通過換向開關(guān)與電源連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用牽引電機(jī)車斬波調(diào)速器，其特征在于，所述緩沖吸收電路模塊包括8組并聯(lián)相接的緩沖吸收電路單元，每組緩沖吸收電路單元包括2路并聯(lián)相接的緩沖吸收電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦用牽引電機(jī)車斬波調(diào)速器，其特征在于，所述緩沖吸收電路包括電阻模塊、電容和二極管，電阻模塊與二極管并聯(lián)后再與電容串聯(lián)相接；電阻模塊和二極管并聯(lián)的一端與所述IGBT的漏極連接，電容一端與所述IGBT的源極連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的礦用牽引電機(jī)車斬波調(diào)速器，其特征在于，所述電阻模塊包括8片貼片電阻，4片貼片電阻彼此串聯(lián)后與另外的已串聯(lián)相接的4片貼片電阻并聯(lián)相接。
【文檔編號(hào)】H02P7/28GK203522590SQ201320607906
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】康泰 申請(qǐng)人:湘潭市雙力電機(jī)車制造有限公司