斩波器部件介绍资料

1 矿用隔爆型斩波调速箱矿用隔爆型斩波调速箱 部件介绍部件介绍 培 训 资 料 湘潭新昕通用电气有限公司 2010 年 8 月 2 一一 I IG GB BT T 介介绍绍 1 1 IGBTIGBT 简介简介 IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor 绝缘栅双极型晶体管 是由 BJT 双极型三极管 和 MOS 绝缘栅型场效应管 组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件 兼有 MOSFET 的高输入阻抗 和 GTR 的低导通压降两方面的优点 GTR 饱和压降低 载流密度大 但驱动电流较大 MOSFET 驱动功 率很小 开关速度快 但导通压降大 载流密度小 IGBT 则综合了以上两种器件的优点 驱动功率小 而饱和压降低 它是目前世界上最优秀的电力电子功率开关器件 广泛用于调速器和变频调速等大功 率电力电子设备中 IGBT 是电压型控制器件 具有输人阻抗高 驱动功率小 控制电路简单 开关损耗小 通断速度 快 工作频率高 功率容量大等优点 关于结温的大小 IGBT 模块的芯片最大额定结温是 150 在 任何工作条件下 都不允许超过 否则要发生热击穿而造成损坏 一般要留余地 在最恶劣条件下 结温限定在 125 以下 但芯片内结温监测有难度 所以都在散热器表面装有温控开关 其控制值在 80 85 之间 当达到此温度时 即因过热保护动作 从而自动停机 以确保 IGBT 的安全 也有用 热敏电阻进行保护的 2 2 IGBTIGBT 元件符号 示意图及实物元件符号 示意图及实物 G B 栅级 控制极 C 集电极 E 发射极 图 1 一单元 IGBT 示意图 图 2 两单元 IGBT 示意图 图 3 一单元 IGBT 实物图 图 4 两单元 IGBT 实物图 3 3 IGBTIGBT 好坏的判断好坏的判断 3 1 首先将控制端G E 用铜线短接 用500 型万用表欧姆档测量 黑表笔 电表内接电池正极 接 C 极 红表笔接E 接 表针应不动 然后 黑 红表笔对调测量 表针偏转较大 用 1 档时 10 20 然后拆掉铜线 测量控制端 若正反向都不通时 即初步判断 IGBT 正常 3 2 将万用表 10K 档 内接有 9V 电池 黑表笔接 G 红表笔接 E 即在控制端加正向电压 再将 3 黑表笔移接 C 此时万用表读数很小 然后将红表笔接 G 黑表笔接 E 即在控制端加反向电压 再将 黑表笔接 C 红表笔接 E 此时万用表读数为无穷大 则证明该 IGBT 控制特性正常 否则 则不正常 3 3 用万用表 X10K 档测试 IGBT 的 g c e 对底板的绝缘电阻 万用表指针应不动 即为无穷大 时为正常 否则 则不正常 4 4 IGBTIGBT 接线说明接线说明 4 1 单管 一单元 IGBT IGBT 的控制驱动线 G 屏蔽内芯线 C 绿线 E 屏蔽网线 通过 4 芯插头与控制盒连接 G B E 之间并有 1W2 2K 电阻 C 绿线 中串有二极管 末端焊 6 接线鼻 接 IGBT 的 C 极 主线 C 极 与续流二极管正极一起接电机线 S1 2 或 C2 2 E 极 接 E 线 4 2 双管 两单元 IGBT 由于模块内有两组 IGBT 同时两 IGBT 的 C E 之间均并有二极管 其中一组 IGBT 的 B1 与 E1 短接 利用 C1 E1 间二极管作续流二极管用 另一组作 IGBT 用 其控制驱动线 B2 屏蔽内芯线 C2 绿线 E2 屏蔽网线 焊在线路板上 通过插头与控制驱动盒连接 C2 绿线中串有隔离二极管 末端焊 6 接线鼻 接模块两 IGBT 公共点 C2 E1 主线 C1 端接 E 线 C2E1 端接电机线 D E2 端接 E 线 5 5 IGBTIGBT 注意事项注意事项 5 1 安装时务必使安装铝散热板平整 无毛刺 IGBT 模块散热面平整 光滑 最好用细砂纸轻轻 打磨 IGBT 模块应直接固定在散热器上 螺钉一定要受力均匀 开始拧紧的次序如图所示 最终拧紧的次序是 散热器表面要平整清洁 要求平面度不大于 150 m 最好用力矩扳手 表面粗糙度不大于 6 m 界面要涂导热硅脂 涂层要均匀 厚度约 150 m 图 5 IGBT 底部安装示意图 5 2 IGBT 的 C E 极紧固螺钉要带弹垫拧紧 使之与连接铜母线接触面尽量大 5 3 IGBT 驱动线出厂时均已连接好 请不要随意改动 g e 之间并联电阻应保持完好 固定螺丝 应上胶 否则 IGBT 通电时极易损坏 5 4 续流二极管用 IGBT 替代时 其 g e 之间短接铜片不能松动 更不允许拆除 否则 极易损 坏 5 5 更换 IGBT 时 应判断控制驱动盒是否正常 当控制驱动盒损坏 CN5 CN6始终输出高电平时 将继续损坏 IGBT 5 6 定期检查 IGBT 安装螺钉 连接母线固定螺钉是否松动 发现松动须及时拧紧 4 5 7 定期清除 IGBT 电极之间的灰尘 否则电极之间由于爬电距离不够 易拉弧损坏 5 8 因调速器对 IGBT 的技术参数要求较严格 如饱和压降 耐压值等需用专业仪器或设备检测 用户一般无法检测 因此 IGBT 配件最好使用我公司提供的经过 严格测试的合格器件 二 斩波器主机介绍二 斩波器主机介绍 1 1 斩斩波波器器是是什什么么 斩波是针对直流而言 是将固定直流电压变换成可变的直流电压 也称为DC DC 变换 斩波器的工作方式有两种 一是脉宽调制方式 T 周期 不变 改变 Ton 通用 Ton为开 关每次导通的时间 二是频率调制方式 Ton不变 改变 T 2 2 斩斩波波器器的的优优点点与与特特性性 2 1 节能 调速状态下 与原电阻调速相比 节能 30 以上 2 2 起动平稳 起动力矩大 采用无级调速方式 从起动到全速均能平稳过渡 有效地保护了机 车的机械系统 司机可根据实际需要任意控制机车速度 且牵引力比电阻调速机车大 工作效率高 2 3 欠压保护 当蓄电池电压低于设定值 可根据用户而定 时 欠压保护电路动作 有效地保 护了蓄电池 2 4 电流保护 采用电流传感技术 时刻跟踪检测电机电流变化 当机车超载或机车故障引起电 流增大时 电流保护电路动作 机车速度降低 有效地保护电机及机械系统 2 5 电源防反接保护 当蓄电池极性接反时 斩波器不工作 保护功率元件不受损坏 2 6 温度保护 当斩波器工作温度达到 85 时 斩波器暂时停止工作 防止功率元件因过温而损 坏 待温度降低后 斩波器自动恢复工作 2 7 无弧通断 正常操作下 所有司控开关均无弧通断 大大延长了司控触头的使用寿命 2 8 给定可靠 采用光电式给定 线性好 寿命长 2 9 积木式结构 简单 紧凑 安装维修方便 2 10 运行可靠 使用寿命长 降低了机车的维修量和维护费用 3 3 斩波器的基本工作原理斩波器的基本工作原理 本斩波系统采用了 IGBT 高压大功率开关器件 控制方法为定频调宽 PWM 方式 当驱动脉冲为 高电平 15V 时器件导通 反之低电平 0V 或 15V 时关断 IGBT 串联在 串激式 牵引电机电路 见图 1 斩波器电气原理图 内 当 IBGT VT1 VT2 导 通时 电机电流线性上升 IGBT 关断时 电机电流通过续流二极管 D1 D2 形成回路 电流线性下降 由于开关频率高 实际电机的电流等效为直流电流 通过改变 IGBT 的导通与关断的比例 即调压比 TON T 或 U入 U出 即可改变电机两端的电压平均值 从而改变电机的转速 实现机车调速的目的 斩波器的各种保护功能 软启动 欠压 过压 过流 负载短路 亦通过 IGBT 导通与关断比例来实 现 IGBT 导通时 压降 VF 2 5V 导通损耗为 P损 IVF 若工作电流为 100A 则导通损耗 P损 5 100 2 5 250W 4 4 斩波器主机斩波器主机 4 1 ZKT 300 斩波器主机示意图 4 2 ZKT 300 斩波器主机的好坏判断 G N D 0件 4V 24V G N D G N D A D J D E E 24V E E D G N D 24 V V 2 15 V V 1 A D J G N D G N D IM 1 15 V 15 V 图 7 ZKT 300 斩波器主机测试示意图 4 3 将斩波器主机按图 7 所示接好测试线路 按如下步骤进行测试 4 3 1 开启稳压电源将输出 1 路调为 24V 2 路调为零 关断电源 稳压电源 2 路接驱动控制盒给定 输入 1 路接斩波器 E E 24V 接入驱动控制盒 24V 在 E E 之间接入电阻 2 2K 和发光二极 管 4 3 2 开启稳压电源 发光二极管不发光 缓慢调节 2 路输出电压 电压 1V 后发光二极管发 光 继续调节 2 路输出电压 发光二极管亮度逐渐加大 电压接近 4V 时亮度到最大 这说明斩波器 是好的 反之斩波器是坏的 5 5 斩波器主机的防伪判断 斩波器主机是本公司科研人员自主研发的产品 本产品已经获得国家专利局颁发的外观专利证书 6 仿冒及故意购买仿冒产品均属违法行为 敬请注意选用本公司生产的产品 本产品本产品防伪方法之一 防伪方法之一 本公司产品标牌上的产品编号是唯一的 用户可将此编号报来本公司查询真伪 本产品本产品防伪方法之二 防伪方法之二 本产品所有的部件 IGBT 控制驱动盒 二极管模块等 上均有本公司的编号 并且所有部件 上均贴有 新昕新昕 防伪标签 本产品本产品防伪方法之三 防伪方法之三 本公司产品均附有产品合格证 合格证上有本公司的质控部章 出厂日期 并且有与标牌上一致 的产品编号 三 控制驱动盒介绍三 控制驱动盒介绍 1 1 控制驱动盒的组成及功能 控制驱动盒为调速器的核心部分 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 欠压保护 过压保护 IGBT 驱动及 DC DC 供电电源等电路组成 控制驱动盒负责完成调速 器的软起动 欠压保护 过压保护 过流保护及 IGBT 的驱动等功能 2 2 控制驱动盒外形图 示意图 图 8 控制驱动盒外形图 图 9 控制驱动盒示意图 3 3 控制驱动盒出线端子说明 CN1 三芯 HT508 插座 1 脚 黄色 V2 欠压 过压取样线 通过取样电阻接 E 端 2 脚 红色 24V 控制驱动盒 24V 电源输入 3 脚 黑色 GND 24V 电源接地线 CN2 四芯 HT508 插座 1 脚 黑色 GND 光电给定器接地线 2 脚 白色 ADJ 0 4V 光电给定器给定电压输出端 3 脚 V1 与 4 脚短接 15V 15V 1 5V T2T1 C N2 GN D AD J V1 15V 15V 1M 1 G N D 15V 15V 1M 2 G N D 15V V2 22V G N D C N6C N 5 c 1 e1g1c2e2g2 CN 1C N 3C N 4 7 4 脚 棕色 15V 光电给定器电源输入端 CN3 四芯 HT508 插座 与主机电流传感器相连 1 脚 红色 15V 电流传感器正电源 2 脚 黄色 15V 电流传感器负电源 3 脚 绿色 IM 电流传感器输出端 IM 4 脚 黑色 GND 电流传感器接地端 GND CN5 四芯 HT508 插座 与主机右边的 IGBT 相连 1 脚 绿色 接右边 IGBT 集电极 c2 内串有一个隔离二极管 2 脚 空脚 3 脚 黑色 接右边的 IGBT 发射集 e2 4 脚 红色 接右边 IGBT 控制极 g2 CN6 四芯 HT508 插座 与主机左边的 IGBT 相连 1 脚 绿色 接左边 IGBT 集电极 c1 内串有一个隔离二极管 2 脚 空脚 3 脚 黑色 接左边的 IGBT 发射集 e1 4 脚 红色 接左边 IGBT 控制极 g1 4 4 控制驱动盒好坏的判断 4 1 控制驱动盒的正常与否 可以通过观察 15V 15V 绿色指示灯和驱动指示红灯 T1 T2来判断 当 CN1的 2 3 脚有 24V 电压输入时 绿灯全亮 而红灯不亮时 则一般为正常 红 绿灯全不亮时 则控制驱动盒坏 绿灯亮 红灯也亮时 应检查 IGBT 或 IGBT 驱动线中隔离二极管是否开路 若 IGBT 或 IGBT 驱动绿线中隔离二极管均正常 则控制驱动盒坏 4 2 由于控制驱动盒参数要求较严格 需特殊仪器设备才能检测 用户一般无条件维修控制驱动盒 可寄返我公司进行检修 同时我公司配有控制驱动盒测试仪 用户可用测试仪直接判断控制驱动盒的 好坏 测试仪还可作光电给定器检测用 5 5 注意事项 5 1 控制驱动盒内可调元件在出厂时已用仪器调好 切不可无根据调试 否则破坏整机性能 5 2 更换控制驱动盒时 CN3与 CN4 CN5与 CN6绝对不能插错 否则无电流保护 易损坏主功率元件 IGBT 5 3 更换控制驱动盒时 应判断 IGBT 正常后 才能更换 否则 当 IGBT 的 g c 击穿时 高压将 IGBT 的 g 极串入 继续损坏新的控制驱动盒 5 4 控制驱动盒应检测完好后才能投入使用 特别应测量 CN5 CN6的 g e 端驱动电压 该电压应随 给定电压 ADJ 变化而变化 若该电压为高电平不变化 也将其接上使用的话 将继续损坏 IGBT 的功 8 率元件 5 5 定期检查控制驱动盒插座是否插接牢靠 若松动 请及时处理 6 6 控制驱动盒的防伪判断 控制驱动盒是本公司科研人员自主研发的产品 本产品已经获得国家专利局颁发的专利证书 仿 冒及故意购买仿冒产品均属违法行为 敬请注意选用本公司生产的产品 本产品本产品防伪方法之一 防伪方法之一 本公司产品标牌上的产品编号与内部控制板的编号是一致的 也是唯一的 用户可将此编号报来 本公司查询真伪 本产品本产品防伪方法之二 防伪方法之二 本公司产品均附有产品合格证 合格证上有本公司的质控部章 出厂日期 并且有与标牌上一致 的产品编号 本产品本产品防伪方法之三 防伪方法之三 本公司产品上均贴有新昕防伪标签 四 光电给定器介绍四 光电给定器介绍 1 1 光电给定器的功能 通过调速手轮主轴凸轮联动 当调速手柄进入牵引位时 接通控制驱动盒 24V 工作电源 通过调 节光电给定器操纵件角度的变化 输出 0 4V 给定电压 实现司机调节机车速度 2 2 光电给定器外形图 示意图 图 10 光电给定器外形图 图 11 光电给定器示意图 3 3 光电给定器插座接线说明 1 脚 黄色 24V 入 微动开关输入端 2 脚 兰色 24V 出 微动开关输出端 3 脚 空脚 4 脚 白色 0 4V 给定电压输出端 5 脚 橙色 15V 入 电源输入端 6 脚 黑色 GND 接地端 4 4 光电给定器好坏的判断 4 1 用 500 型万用表 X1 或 X10 欧姆档测量微动开关的通断 若万用表读数很小 几乎为零 件 件 件 件 件 件件 件 件 A 6 5 4 1 2 A 件 件 件 1件件 件 件 件 件 件 件 件 9 则为正常 反之 电阻很大或开路为不正常 需更换 4 2 当光电给定器接入电路中 插座 5 6 脚之间有 15V 工作电源时 调节光电给定器操纵件时 4 脚应随操纵件转动角度的变化输出 0 4V 电压 则为正常 若微动开关刚吸合时 输出端电压高于 1V 或随操纵件转动角度变化其输出电压在某一固定值不变 或操纵件调节到最大角度时输出电压仍 低于 3 5V 则为不正常 需修理或更换 5 5 注意事项 5 1 光电给定器检修后重新安装时 需进行调试 应使光电给定器内微动开关在调速手柄转动约 35 时吸合 即在 SK1和 SK2吸合后动作 以保证 SK1 SK2主电源开关组不带电流切换 微动开关吸 合时 给定输出电压应低于 1V 操纵件转动到最大位置时 其输出电压应在 3 5V 以上 若不对 可 适当调节光电给定器操纵件的相对位置 5 2 不要随意打开光电给定器盖板 乱动其部件 特别是遮光板位置 否则 光电给定器工作不 正常 5 3 定期检查光电给定器操纵件固定螺丝是否松动 若松动 请及时拧紧 操纵件滚轮应转动自 由 经常施加润滑油 5 4 定期检查光电给定器内微动开关 弹簧工作是否正常 光电给定器输出电压是否在 0 4V 之 间线性变化 5 5 定期检查光电给定器插座是否插接牢靠 若松动 请及时处理 6 6 光电给定器的防伪判断 光电给定器是本公司科研人员自主研发的产品 本产品已经获得国家专利局颁发的发明专利证书 仿冒及故意购买仿冒产品均属违法行为 敬请注意选用本公司生产的产品 图12 光电给定器防伪示意图 本产品本产品防伪方法之一 防伪方法之一 本公司产品标牌上的产品编号与产品内部侧板上的编号是一致的 也是唯一的 用户可将此编号 报来本公司查询真伪 本产品本产品防伪方法之二 防伪方法之二 出厂编号出厂编号出厂编号出厂编号 10 本公司产品均附有产品合格证 合格证上有本公司的质控部章 出厂日期 并且有与标牌上一致 的产品编号 本产品本产品防伪方法之三 防伪方法之三 本公司产品上均贴有新昕防伪标签 五 控制电源介绍五 控制电源介绍 1 1 控制电源的功能 将电网输入电压转换成 24V 直流电压 为控制驱动盒和冷却系统提供 24V 稳定工作电源 2 2 控制电源外形图 示意图 图 13 控制电源外形图 图 14 控制电源示意图 3 3 控制电源插座接线说明 1 脚 红色 电源输入端 3 脚 兰色 24V 输出端 4 脚 黑色 公共接地端 2 5 6 脚 空脚 4 4 控制电源好坏的判断 4 1 观察控制电源输入指示红灯和24V 输出指示绿灯 当红灯和绿灯均亮时 一般为正常 同时用万 用表检测其输出电压应为23V 25V 之间 4 2 当输入指示红灯不亮时 用万用表电压档测量 1 4 之间脚有无输入电压 若有 则控制电源 坏 红灯自身损坏除外 若无 则检查插座是否接触好 电源输入电路是否断开 若红灯亮而绿灯 不亮 用万用表测量有无 24V 输出 若无 则控制电源损坏 5 5 注意事项 5 1 控制电源最大工作电流只有1A 左右 为保证调速器的正常运行 控制电源输出的24V 不能作其 它用 5 2 定期测量控制电源输出电压是否正常 若低于 18V 则需更换 否则影响控制驱动盒的正常工 作 5 3 定期检查控制电源插座是否插接牢靠 若松动 请及时处理 件 件 2件件 件 件 件 件 件 件 A 43 12 A 件 11 六 数字电量仪介绍六 数字电量仪介绍 1 1 数字电量仪的功能 蓄电池电压及电量显示 电量仪直接显示蓄电池电压 蓄电池充电达到 100 标称电压时 绿色 指示灯全亮 超过 130 标称电压时 黄色指示灯全亮 只有红灯显示时 蓄电池电压已低于 70 标 称电压 提醒司机及时充电 有效地保护蓄电池过放电 2 2 数字电量仪外形图 图 15 数字电量仪外形图 3 3 数字电量仪的防伪判断 本产品本产品防伪方法之一 防伪方法之一 本公司产品标牌上的产品编号是唯一的 用户可将此编号报来本公司查询真伪 本产品本产品防伪方法之二 防伪方法之二 本公司产品均附有产品合格证 合格证上有本公司的质控部章 出厂日期 并且有与标牌上一致 的产品编号 本产品本产品防伪方法之三 防伪方法之三 本公司产品上均贴有新昕防伪标签 七