矿用电机车高效直流驱动技术的研究优秀毕业论文.pdf

国内图书分类号：tm921.1 国际图书分类号: 621.3 工学硕士学位论文 矿用电机车高效直流驱动技术的研究 硕 士 研 究 生： 马吉志 导师： 韩明武副教授 申 请 学 位： 工学硕士 学 科 、 专 业： 电气工程 所 在 单 位： 电气工程系 答 辩 日 期： 2007 年 7 月 授予学位单位： 哈尔滨工业大学 classified index: tm921.1 u.d.c.: 621.3 dissertation for the master degree in engineering research on high efficiency dc driving technology for electric locomotive of coal mine candidate： ma jizhi supervisor： ass.prof. han mingwu academic degree applied for： master of engineering specialty： electrical engineering affiliation： department of electrical engineering date of defence： july, 2007 degree-conferring-institution： harbin institute of technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - i - 摘要摘要 蓄电池式电机车是煤矿井下一种主要的运输装置，目前主要采用串激直 流电动机驱动。在调速方式上多年来主要采用串电阻调速方式，这种调速方 式的弊端很明显，调速电阻消耗电能，调速是有级的，起动冲击大，控制器 带负荷切换，触头经常烧毁，维修量大。因此研制一种新型的矿用电机车直 流驱动器不但能提高采煤工作效率而且对于提升采煤技术水平和促进煤炭业 发展都具有重要现实意义。 本文选择 buck 变换器对电机车进行斩波调速，采用两个斩波器分别对 电机车的两台直流电动机进行驱动，应用 plc 统一进行控制。主电路采用 功率 mosfet 并联方案，减小了噪声，提高了变换器的功率密度。针对大 功率开关电源开关损耗大的特点，提出了一种缓冲式软开关电路，设计了无 源低损缓冲电路，并进行系统的模态分析和仿真分析，实现了主开关管的零 电流开通和零电压关断，减小了开关损耗，提高了变换效率。利用晶闸管设 计换向器，实现完全无火化换向，双向牵引和制动能够相互自如转换。 根据矿用电机车运行特性，基于 pwm 控制芯片 sg2525，实现了速度 和转矩双闭环控制，设计了优化控制电路，引入变换器输出电压参与调节； 设计了脉冲封锁电路、过流保护电路和报警保护电路；利用分立元件设计了 mosfet 驱动电路，并进行了实验验证。 研制完成的直流斩波驱动器已经通过了煤矿井下的现场实验测试，效率 可以达到 92%以上，实现了高效率驱动，节约了电能，具有一定了经济和 实用价值，为其进一步的研究提供了技术储备。 关键词关键词 电机车；斩波调速；无源低损缓冲；mosfet；pwm 控制； 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - ii - abstract battery electrical locomotive is a main transportation equipment in the well of colliery，which is drived by series-excitation dc electromotor mostly at the present time. in speed regulation series resistance is adopted abroad this many a day, but this quomodo has many drawbacks, such as energy costing of series resistance, speed regulation of many levels, striking fiercely when starting, and controller is operated with load, whose crunodes are often burned and needed to service at every turn. so, that a new dc drive of electrical locomotive used in coal mine is developed can not only enhance efficiency of excavating coal but also have great praxis significance for advancing technology of excavating coal and promoting developing of coal mine. in this paper buck convertor is used in chopping speed regulation for electrical locomotive. and two convertors drive two electromotors of electrical locomotive separately controlled by plc. the parallel-power-mosfet method adopted in the main circuit reduces the noisiness and increases the power density. to avoid the high switching loss in the high-power switching supply, a new snubber blueprint with soft-switching is presented and the circuit structure of a passive and low loss snubber is designed, then the system mode and simulation analysis are also carried through. the zcs(zero current switching) and zvs(zero voltage switching) of main switches which reduces the switching loss and increases the conversion efficiency is realized. commutator which functions without sparkle is designed, and bidirectional traction and applying the brake can transform smoothly controlled by plc. according to the requirement of operation characteristic of electrical locomotive, on the basis of pwm control chip-sg2525 , both velocity and torque close loop control is realized. the optimizing control circuit is designed, and output voltage of converter is introduced to the adjustment. the circuit of pulse blockage and protective circuit of over-current and safeguard circuit which can give an alarm if abnormal functioning are all designed. a mosfet drive circuit is designed with separate organ, tested and proved. the manufactured dc chopping drive has passed the locale test in the well 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - iii - of the coal mine, and its operation performance is all right and its efficiency is over 92%, which realizes high efficient drive and saves more energy, and has some economical and practical value. the works above make way for researching more deeply. keywords electrical locomotive; chopping speed regulation; passive and low- loss snubber; mosfet; pwm control 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - iv - 目录目录 摘要. i abstract.ii 第 1 章 绪论.1 1.1 本课题的研究背景和意义.1 1.2 国内外在该方向上的研究现状及分析.1 1.2.1 矿用直流电机车概述.1 1.2.2 矿用直流电机车脉冲调速.5 1.3 课题的来源和主要研究内容.7 第 2 章 主电路研究 .9 2.1 主电路拓扑结构研究与分析.9 2.1.1 拓扑结构和开关管的选择.9 2.1.2 开关管两端电压尖峰产生的原因及抑制措施 .11 2.1.3 开关管 mosfet 并联均流 .15 2.1.4 模块化设计 .16 2.2 主电路工作状态分析.17 2.2.1 基本工作原理 .17 2.2.2 工作过程分析 .18 2.3 换向电路的设计 .22 2.4 器件选择与参数设计.23 2.4.1 器件的选择 .23 2.4.2 储能电感的设计 .24 2.4.3 缓冲电路参数的设计.26 2.4.4 吸收电路参数的设计.27 2.5 本章小结.27 第 3 章 控制电路和驱动电路的设计.29 3.1 总体控制策略 .29 3.2 主控制电路的设计 .30 3.2.1 电流闭环控制电路.30 3.2.2 电压闭环控制电路.32 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - v - 3.2.3 输出电流过零检测电路.33 3.3 驱动电路设计 .33 3.4 可控硅触发电路设计.34 3.5 保护电路设计 .36 3.5.1 脉冲封锁电路 .36 3.5.2 最小脉宽限制电路.36 3.5.3 输入电流过流保护电路.36 3.6 本章小结.37 第 4 章 实验样机及实验结果分析.39 4.1 主电路仿真及带载实验分析.39 4.2 可控硅触发脉冲波形.41 4.3 mosfet 驱动电路波形.42 4.4 本章小结.43 结论.44 参考文献.45 附录 1.49 附录 2.50 攻读学位期间发表的学术论文.51 原创性声明和使用授权书 .52 哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书.52 哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理.52 致谢.53 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - - 1 第1章 绪论 1.1 本课题的研究背景和意义 随着煤矿生产的发展和节能意识的增强，矿用牵引电机车采用串激电阻 调速方式的弊端越来越明显，其电阻本身的能耗始终无法解决，造成能源的 浪费，机械传动不能实现软启动，启动时冲击较大，不仅对传动结构有害， 而且挂车时也很不安全，电机车运行时带负荷切换，触头承受冲击电流较 大，容易短路烧损，增大维修量和材料消耗，只有一个空气开关保护，安全 性差，因此迫切需要一种新型的直流电机驱动器对原有电动车驱动器进行更 新换代，来适应现代采煤业对高效节能的要求，并促进现代采煤技术的发 展。 因此，尝试利用新的电子器件和方法研制一种直流斩波驱动器实现矿用 电机车高效率安全可靠运行，对于现代采煤技术的发展具有非常重要的现实 意义14。 1.2 国内外在该方向上的研究现状及分析 1.2.1 矿用直流电机车概述 矿用直流电机车，按供电方式分为直流架线电机车和蓄电池式电机车两 种。架线式电机车，结构简单，成本低，维护方便，机车的运输能力大，速 度高，用电效率高，运输费用低，应用最广。其缺点是：需有整流和架线设 施，不够灵活；架线对巷道尺寸和行人的安全有影响。集电弓与架线之间容 易产生火花，不允许在瓦斯严重的矿山使用；初期建设时投资较大，但从长 远看，架线电机车的总成本比蓄电池电机车低得多。因此，如果矿井条件允 许，矿井应采用架线电机车。 蓄电池式电机车是用蓄电池供电的,蓄电池充电一般在井下电机车库进 行的。电机车上的蓄电池用到一定程度后，就把他们取下换上已充满电的, 因此每台电机车需配备 23 套蓄电池组。这种电机车的优点是：无火花引爆 危险，适合在有瓦斯的矿井使用，不需架线，使用灵活。缺点是：需充电设 备，初期投资大，用电效率低，运输费用高。 直流电动机按励磁方式可分为四种类型，分别为他励电动机，并励电动 机，串励电动机和复励电动机，电路如图 1-1 所示。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - - 2 a e + - a i f i + - + - + - + - fa ii= + - a) 他励b) 并励 c) 串励 d) 复励 a e a e a e f i f i a i a i 图1-1 直流电机电路 fig.1-1 the circuit of dc motor 与其他励磁方式的直流电动机和交流异步电动机相比，直流串励电动机 用作牵引电动机有以下优点： (1)具有良好的启动特性，其转速和电流成反比，转速低时电流大，起动 时，能以不大的起动电流获得较大的起动牵引力，因而在相同的牵引条件 下，所要求的牵引电动机的容量就可以小一些。 (2)串励电动机本身具有软特性，牵引力和转速能随列车的运行阻力和行 驶条件自动地进行调节。即当电机车上坡行驶或负荷较大时，需要较大的牵 引力，电动机的转速会随牵引力的增大而自动降低，这样既保证了运行安 全，而且从电网上吸收的功率变化不大。 (3)当电源电压变动时，只能影响串励牵引电机的转速，而不影响其牵 引力。 (4)串励电动机并联工作时，负载分配比较均匀。 (5)构造简单，体积小，重量轻11,12。 串励直流电机调速方法包括： 1.改变电动机端电压 (1)串联电阻法 在电动机与电源之间串联接入电阻来改变电动机的端电 压。该法简单易行，如采用多段电阻调速，可获得较好的连续性，但也消耗 大量电能，老式电动车的起动和调速的过渡阶段用此方法。 (2)串并联电机法 在低速运行时，将两台串励电动机串联，这样每台电 动机所受电压为电源电压的一半；在高速时，将串励电动机并联，则每台所 受的电压为电源电压，此外也接入变阻器作为辅助调整方法。此法简单易 行，不损耗电能，但调速性能差，不连续。 (3)可控硅脉冲调速法 将电源接在可控硅脉冲调压器上来控制电机的端 电压。此法调速性能好，耗电量小。 2.改变励磁绕组 (1)改变励磁绕组的匝数 把励磁绕组分为两组，两组全部接入主电路 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - - 3 时，磁场强度最大；当一组接入主电路时，由于励磁绕组的匝数减少，磁场 减弱，电机速度增高。 (2)改变励磁绕组的接法 两组励磁绕组串联接入主电路为满磁场,并联 接入则磁场减弱，电动机转速增高。 在只有一台牵引电动机的情况下，通常采用改变励磁绕组来调速。其优 点是不损耗电能，平滑性好，容易实现，缺点是调速范围小。 目前煤矿井下所用电机车一般为架线式和蓄电池电动车，采用串励直流 电动机牵引。根据以上串励直流电动机的调速方法分析，矿用电动车所用起 动、调速和电气制动方法总结如下11,12。 1.电机车起动方法 当电机车上仅有一台电动机时，都采用串联电阻方式启动。电机车的启 动时操作控制器，逐渐减小串联与牵引电动机回路中电阻的阻值来实现的， 理想的起动应是使起动电阻值无级的减小。串电阻起动方法缺点：电阻是逐 段的切除，因此加在电枢上的电压逐段的增加，使电机车的速动成阶梯式变 化，不平滑，很大的能量损失在电阻上。 为了减少起动过程中的电能消耗，在装有两台牵引电机的电机车中，还 采用了电动机串并联的起动方法，即在两台牵引电动机有串联过渡到并联运 行之前，亦串入电阻，并逐步减小电阻值，最终达到全电压正常运行，如图 1-2 所示。 2.电机车的调速 (1)串并联法 此法与串并联启动电动机的方法相同，适用于有两台牵引 电动车的电机车或有两组电源装置的电机车（蓄电池电机车） 。 (2)减弱磁场法 一般用于只有一台牵引电机的小型电机车。 (3)电阻法 该法采用调节串联在电动机回路中的电阻来调节电机车速 度，如图 1-3 所示。 (4)脉冲调速法 利用斩波器改变电动机两端的直流电压进行调速。 3.电机车制动方法 (1)能耗制动 将直流电动机的电源切断，接入制动电阻，如图 1-4 所 示，由于电动车的惯性作用，切断电源后的电动机变成了发电机，将电动车 的动能转变为电能向制动电阻供电，并消耗在制动电阻上，从而使电枢电流 反向，电磁转矩变为制动转矩，与电动机的旋转方向相反，起到制动作用， 能耗制动的制动转矩与转速成正比关系，随着转速的降低制动转矩也降低 23 。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - - 4 +- +- +- +- +- +- +- +- + +- +- +- m mm mm m m m m m mm mm m m mm m m m m 图1-2 两台电动机串并联起动示意图 fig.1-2 the sketch map of series-parallel start of two electromotor 电阻箱 m 蓄电 池组 e + - ld 图1-3 串电阻调速示意图 fig.1-3 the sketch map of speed regulation with series resistance (2)反接制动 在电动机正常运行时，不改变励磁回路的电流方向，而将电 枢绕组电压极性经一限流电阻突然反接。由于电压的极性改变，使电枢电路产 生一个反接电流，从而产生一个与电机旋转方向相反的制动转矩实现制动。该 制动方法当转速下降为零时，如果不切断电源，电动机将反转。反接制动由于 反接电流和制动转矩都很大，因此制动作用很强，对电动机会造成一定的冲 击。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - - 5 + - p r 1 t 2 t 2 t 1 t 1 l 2 l 2 l 1 l 1 e 1 e 2 e 2 e 1 i 2 i 1 i 2 i 12 ii+ 1 i a)牵引运行电路 b)制动运行电路 图1-4 电机车能耗制动电路图 fig.1-4 the circuit of electrical locomotive applying the brake with costing energy 电气制动有能耗制动和反接制动均为电气制动，电气制动不能使机车完 全停止运行，需要辅助机械制动使其完全停止，如手控机械制动，压缩空气 机械制动11,12。 1.2.2 矿用直流电机车脉冲调速 脉冲调速装置是一种直流电压控制装置，该装置按工作需要将直流电压由 零调节到某一定值。这种装置应用在电机车牵引控制回路上来调节电机车运行 速度的方法叫电机车脉冲调速（又叫斩波调速） 。 电机车牵引电机的转速与加在电动机电枢两端的电压成正比，与磁场强度 成反比，磁场减弱电机转速增加，为了改变牵引电机的转速，由以上分析可知 传统的方法是将电阻串入机车电枢控制回路，改变电机两端的电压来进行调 速。这种调速方法的最大缺点是：调速过程中串入电阻要将电能转化为热能损 失掉，浪费了很多电能；调速采用了逐段切除电阻方式，电枢上的电压也逐段 增加，于是电机车的速度呈台阶式变化，调速不平滑4048。 脉冲调速的基本原理：在电动机回路中串入一个高速开关 gk 如图 1-5a 所 示，当这个开关按一定频率闭合和断开时，把直流电压 ui变成一系列脉冲电 压(见图 1-5)加在电动机两端，这时电动机两端电压等于这一系列脉冲电压的平 均值 up，设每次闭合开关时间为 t，闭合和断开的周期为 t(频率 f=1/t)，则加 在电机两端的电压为 up=uit/t=tfui=dui (1-1) 其中 d 为开关导通率即占空比，而改变 d 就可在电动机两端得到相应的 平均电压值，从而调节电动机的转速。 脉冲调速有以下三种方式调压： (1)pfm 法：即脉冲宽度 t 不变，改变脉冲频率 f 来改变平均电压 up。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - - 6 (2)pwm 法：即脉冲频率 f 不变，改变脉冲宽度 t 来改变平均电压 up。 (3)pfwm 法：即改变脉冲宽度 t 和频率 f 来改变平均电压 up。 m gk d l ui p u + - t p u ui p u t 0 a) 原理图b) 输出电压波形 图1-5 脉冲调速原理 fig.1-5 the principle of chopping speed 应用脉冲调速可以克服上述缺点，其优点是： (1)节约电能，在起动和调速过程中可减少电能损耗 20%以上。 (2)能低速起动，均匀加速，平稳行驶，调速范围大，并可实现无级调 速。 (3)由于无级调速，可以有效的利用机车的粘着力，因此起动力矩大，平均 电流小，可降低电网电压波动。 (4)实现无触点调速，减少日常维修量，节约有色金属(触头)的消耗。 (5)体积小、重量轻、操作方便，改善了司机的工作条件6,7,10,11。 由于这些优点，脉冲调速在电机车上得到应用。从 70 年代起，国内许多 科研单位采用 scr 斩波器对其进行改造获得成功，但由于晶闸管一旦导通， 控制极就失去其控制能力，因此要使导通的晶闸管变为关断状态就比较困难， 特别是在直流电路中。而用晶闸管做直流斩波器就是要按照控制要求不断的导 通和关断，要实现这一目的，晶闸管直流斩波器就必须有晶闸管元件及其换流 电路组合而成，换流电路用来关断斩波器。由于晶闸管关断速度的限制，斩波 器工作频率不可能很高，一般为 150hz 左右，这不但造成了电机电流的脉动， 也产生了噪声。由于晶闸管的关断是由换流电路来实现的，因此当换流能量不 够或误触发，均会造成换流失败而使斩波器失控。因此这种方法没有得到推 广。 功率变换器的发展总是伴随着功率器件的更新，随着电力电子技术的发展 和大容量、全控型功率半导体的出现和应用，利用 gtr、igbt、mosfet 等 功率器件作为电子开关的直流斩波控制器，与可控硅作开关驱动器相比，他们 的开关速度很快，斩波器的工作频率可以大幅度提高，不需要换流电路，不会 因换流失败而使斩波器失控，也可以缩小斩波器的体积，减低噪声，降低成本 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - - 7 2833。 1.3 课题的来源和主要研究内容 1. 课题来源 课题来自于黑龙江省华鸿科技有限公司委托哈尔滨工业大学开发的矿用电 机车高效率直流驱动器项目。 2. 本课题的研究内容包括以下几个方面： (1)功率变换器主电路的研究，根据煤矿现场环境以及运行特点对电机车的 要求，本课题选择如图 1-6 所示系统结构，设计两台驱动器分别对两台串励直 流电动机进行脉冲调速驱动，由蓄电池组统一供电，plc 同步统一控制。提高 变换器的效率和可靠性是本课题研究的重点，前者主要采用无源低损缓冲技 术，设计合理的缓冲电路，实现器件的软开关，改善运行条件，降低器件的开 关损耗，提高变换器的变换效率；后者主要是从加强各个器件的保护，电路结 构优化等方面加以解决。 蓄 电 池 组 +mosfet 主控斩波 mosfet 主控斩波 m m限流保护 限流保护 控制电路 操作面板 换向控制 换向控制 控制电路 cv 图1-6 驱动系统整体结构图 fig.1-6 configuration diagram of drive system (2)控制方案及其实现电路的研究，根据功率变换器以及实际运行对控制电 路的要求，本文采取脉宽调制(pwm)控制方式，设计了速度和转矩双闭环控制 电路，其原理框图如图 1-7 所示，为了实现平稳调节和系统安全设计了 pwm 调制信号与某一参考量(其他相关参数函数)的拟合环节，对控制电路进行优 化，这样既实现了对电流和电压的调节，又综合了其他相关因素的影响，更符 合电机车对驱动系统控制规律的要求。 (3)通过实验，优化方案，改善工艺减小杂散电感，研制出适用于煤矿用的 电机车直流斩波驱动器。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - - 8 油门给定 输出电压 输入电压 输出电流 输入电流 电压调剂 环节 pwm调制 和脉宽限制 u:20v/div) (t:20s/div; u:50v/div) a)主开关管电压仿真波形 b)主开关管电压实际波形 (t:5s/div; u:20v/div) (t:10s/div; u:50v/div) c)缓冲电容电压仿真波形 d)缓冲电容电压实际波形 图4-2 buck变换器仿真和实际波形 fig. 4-2 simulation and actual waveforms of buck converter 图4-2所示实际波形是在负载电流为140a时测得，可以看出，实际波形 和仿真波形比较接近，由于加入缓冲缓冲式软开关电路，开关管没有电压尖 峰，只有小范围振荡，选用的开关管耐压为600v，可见完全在开关管安全工 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - - 41 作范围内，缓冲电容电压波形也得到改善，达到了设计的目的。 表4-1 效率测试实验数据 table 4-1 the experiment data of efficiency testing ui ii uo io d 200.00v 3.5a 21.20v23.6a0.11 70.62% 199.10v 7.7a 40.42v30.3a0.20 80.3% 197.20v 16.9a62.71v45.2a0.32 85.3% 196.00v 27.9a78.79v61.8a0.40 89.0% 195.50v 45.1a97.95v81.5a0.50 90.5% 192.00v 68.4a115.78v103.4a0.60 91.2% 190.20v 101.5a143.98v123.1a0.76 91.8% 190.10v 130.9a172.04v133.2a0.91 92.1% 表4-1为效率测试实验所得到的数据，由数据可以看出研制的矿用电机车 直流驱动器除在输出功率较低 (小于3kw) 时效率较低(低于85%)外，其他效 率均可达到85%以上，在额定功率输出功率最高，可达92.1%，达到了设计要 求。 4.2 可控硅触发脉冲波形 图4-4所示即为可控硅触发脉冲波形，脉冲周期为1.2ms，脉宽为50s， 能够保证可控硅可靠导通，电机车前后换向和制动切换自如。 (t:500s/div;u:1v/div) 图4-4 可控硅触发脉冲波形 fig.4-4 the waveforms of scr burst 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - - 42 4.3 mosfet 驱动电路波形 主电路采用多个功率mosfet并联，要求驱动电路具有较强的驱动能 力，同时要求驱动波形前后沿较陡，这样才能快速驱动开关管，降低管子开关 过程中的动态损耗。驱动电路采用双电源供电（图3-8） ，图4-3所示为 mosfet驱动电路输出侧电量波形。 (t:20s/div;u:5v/div) a)驱动信号波形 (t:500ns/div;u:5v/div) (t:500ns/div;u:5v/div) b)驱动信号上升沿 c)驱动信号下降沿 图4-3 驱动电路实际波形 fig.4-3 actual waveforms of drive circuit 由上图可以看出,驱动波形的幅值为-15v15v，能可靠实现功率mosfet 的关断和导通；波形的上升沿时间和下降沿时间均小于700ns，满足大功率时 并联功率mosfet的快速驱动要求。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - - 43 4.4 本章小结 本章在实验室条件下和工业现场条件下对所设计的矿用电机车直流驱动 器样机进行了实验测试，对其原理分析和参数设计进行了验证，得到了电路的 主要电量波形。并运用pspice仿真软件对系统进行仿真，通过仿真和实际波 形的比较分析，证明了主电路工作状态的良好，同时也验证参数设计的正确 性。无源低损缓冲电路实现开关管的zcs和zvs，开关损耗较小，改善了开 关管的工作条件，提高了变换器的效率和可靠性。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - - 44 结论 本文针对矿用蓄电池式电机车在调速方式上存在的问题，结合电机车的运 行特性，运用现代电力电子技术，研制了一台直流斩波驱动器，并设计完成了 相应的主电路、控制电路和驱动电路，根据理论分析、仿真和实验结果，得出 如下结论： 1. buck电路因其结构简单，所用器件少，可靠性高等优点被广泛应用于 大型电机驱动和大功率电机车牵引上，本课题结合现代电力电子技术以buck 变换器为主电路、多只mosfet并联作为主开关管，研制了大功率高效率直 流驱动器实现了电机车脉冲调速。 2. 在电机车的换向方式上采用可控硅桥实现了电机车无触点无火花换向， 实现了电机车前向、后向和制动自如切换，这对于煤矿防爆是非常有利的，保 证了电机车安全可靠运行。 3. 论文中对开关管电压尖峰产生的原因及抑制措施进行了理论分析，设计 了缓冲式软开关电路，并将mosfet及其吸收缓冲电路进行了模块化设计， 使得电路结构紧凑对称，减小了分布电感的影响，保证了并联的mosfet均 流效果良好，实现了开关管的零电流开通和零电压关断，降低了开关损耗，显 著提高了mosfet工作的可靠性和功率变换器的效率。 4. 控制电路中以pwm控制芯片sg2525为核心，采取速度和转矩双闭环 控制；并设计了信号优化控制电路，引进相关参数参与调节，保证了电机车运 行特性良好。 5. 利用分立元件设计了驱动电路，为了提高系统抗干扰能力，增加可靠 性，根据实际需要驱动信号幅值设计为-15v15v，保证了开关管的可靠导通 和关断。 工业现场实验结果表明，所研制的直流斩波驱动器安全可靠，控制方案合 理，效率较高，可达92%以上，满足了现场实际运行要求，本论文为进一步研 究奠定了基础。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - - 45 参考文献 1 李成锁, 刘大乾, 辛乐仁. 矿用电机车的斩波调速改造. 煤炭机电. 2006(3): 7478 2 肖峻, 汤春球, 莫易敏. 22kw直流风机电机恒流调速系统的设计. 武汉理工 大学学报. 2003,24(5):7173 3 胥良, 李海军, 吴延华. 矿用电机车调速方法. 黑龙江科技学院学报. 2004,4(4):224226 4 王友峰, 王茂贵, 陈永胜. 脉冲调速及其在架线式电机车上的应用. 矿山机 械. 2002(8):3436 5 张建军，宋柏. 一种矿用蓄电池式电力机车大功率dc-dc变换器. 西安科 技学院学报. 2000,20(3):232236 6 薄忠成，李红珍. 矿用蓄电池式斩波调速电机车双控改造. 煤炭技术. 2006,25(6):3335 7 洪茂林. 集成绝缘栅极双极型晶体管(igbt)在矿山架线式电机车调速装置中 的应用. 龙岩学院学报. 2005,23(6):3435 8 张树宽. igbt元件在煤矿直流电机车调速控制中应用. 山东煤炭科技. 2003(3):1920 9 洪茂林. 浅析影响直流串激电动机使用寿命的原因及对策. 矿山机械. 2005,33(3):118119 10 李金华, 张鹤霄. kzy-250/550型直流架线电机车脉冲调速器的设计与应用. 煤炭技术. 2004,23(3):2627 11 王洪汉, 吴琦, 吴启兵. 矿用机车司机. 北京:气象出版社,2003:182 12 谢锡纯, 李晓豁. 矿山机械与设备. 中国矿业大学出版社, 2000: 351378 13 宋德君. 介绍一种新型电机车直流变换器. 电气开关. 2005(3): 3637 14 邓隐北, 娄彦珍. 电动汽车的电机驱动系统. 河南交通科技. 1999, 19(2):5963 15 黄健. 我国煤矿辅助运输的特点和发展方向. 山西焦煤科技. 2006(12):2526 16 范键文. 电动汽车电气驱动系统. 广西工学院学报. 2003,14(2):5155 17 夏得钤, 翁贻方. 自动控制理论. 北京:机械工业出版社,2004:51116 18 钟静宏, 张承宁. 基于脉冲电源的mosfet驱动电路研究及应用. 航空精密 制造技术. 2006,42(3):5762 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - - 46 19 梁晖, 金新民.