一種新型架線電機(jī)車逆變電源裝置

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1、一種新型架線電機(jī)車逆變電源裝置 我國(guó)煤礦井下架線電機(jī)車通常采用550V或250V電壓等級(jí)的直流電壓通過(guò)牽引電網(wǎng)供電，由于目前市面上尚無(wú)與550V或250V電壓相對(duì)應(yīng)的燈炮，因此，不論是廠家或是在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，一般是通過(guò)以下兩種方式對(duì)牽引電網(wǎng)的電壓進(jìn)行變換，從而形成兩種類型的照明信號(hào)裝置。一種是通過(guò)大功率電阻降壓后接127V或220V普通白幟燈；一種是采用逆變電源（直流變換器）將550V（250V）直流電壓轉(zhuǎn)換成24V（12V）穩(wěn)定的直流低壓，配用抗震、光學(xué)性能良好的汽車或拖拉機(jī)的前大燈。 1 采用大功率電阻降壓式電源存在的問(wèn)題 （1）效率低，降壓電阻要消

2、耗掉大量電能。 （2）普通白幟燈的使用電壓較高，燈絲細(xì)長(zhǎng)而其機(jī)械強(qiáng)度低，耐震性能差，損壞率很高，同時(shí)也不利于現(xiàn)場(chǎng)管理。 （3）白熾燈泡形體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分聚光型和散射型兩種，前者燈絲結(jié)構(gòu)緊湊，位置要求嚴(yán)格，適合安裝在相應(yīng)規(guī)格的聚光罩中，由于燈罩設(shè)計(jì)成拋物線形狀可將燈光反射到前方，在一定范圍內(nèi)得到良好的照明效果。如：車用前大燈、放映燈泡及探照燈等。而后者的設(shè)計(jì)只適合燈泡自身發(fā)散射到周圍，其燈絲的結(jié)構(gòu)及安裝位置也不同于聚光型，如普通照明用的白幟燈泡等。目前機(jī)車用的前大燈都是后者，這顯然是不合理的。 （4）由于受煤礦井下環(huán)境條件差、運(yùn)輸巷道長(zhǎng)、軌道連接不好

3、、網(wǎng)絡(luò)泄漏電流嚴(yán)重等不利因素影響，導(dǎo)致不同區(qū)域的供電電壓隨機(jī)車運(yùn)行負(fù)荷的輕重，以及距牽引交流所距離的遠(yuǎn)近不同而波動(dòng)，其波動(dòng)范圍為 - 15% ~ +20%，無(wú)穩(wěn)定裝置的白熾燈泡在電壓高時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)燒壞燈泡現(xiàn)象；在電壓低時(shí)光照度又低，容易誘發(fā)行車事故。 2 采用逆變電源照明方式的優(yōu)缺點(diǎn)。 （1）移植汽車的前大燈總成，具有良好的聚光特性和耐震性，能夠滿足煤礦井下電機(jī)車的使用要求。 （2）逆變電源轉(zhuǎn)換效率較高，一般在80%以上，節(jié)能效果可觀。 （3）逆變電源輸入端接入的電解電容不合理。由于網(wǎng)絡(luò)電壓高（最高達(dá)700V），加上運(yùn)行時(shí)集電弓與架

4、線的接觸又始終處于接觸不穩(wěn)定狀態(tài)，而引起頻繁的充放電，使輸入熔絲燒斷或輸入電路部分損壞。 （4）逆變電源的關(guān)鍵器件--開關(guān)變壓器通常采用兩只，每只變壓器流過(guò)的電流是單方向的。從磁化曲線上可以看出它們工作在第一象限內(nèi)，即只利用了磁芯容量的一半。因而磁芯利用率低，并且由于磁材質(zhì)量不好，頻率難以做高，磁芯損耗往往很大。上述因素決定了在逆變電源中變壓器的數(shù)量多、體積大、重量增加。由于體積及重量因素的存在，防震性能往往很差，這也是故障率高的原因之一。 （5）逆變電源的穩(wěn)壓原理是靠控制開關(guān)管的R、C參數(shù)、導(dǎo)通周期而達(dá)到穩(wěn)壓的目的。因此，這種電路在工作時(shí)頻率是不斷變化的，正常

5、時(shí)為20kHz，空載時(shí)達(dá)1600kHz以上，易導(dǎo)致開關(guān)管內(nèi)部損耗過(guò)大造成擊穿而損壞。 （6）逆變電源的關(guān)鍵器件--開關(guān)管的質(zhì)量問(wèn)題。據(jù)調(diào)查，市售高反壓開關(guān)管存在著同一型號(hào)在形態(tài)、管殼材料、顏色、性能參數(shù)等都有較明顯差異的情況有的售價(jià)僅幾元錢，這樣的開關(guān)管用于逆變電源上肯定是不行的。 （7）結(jié)構(gòu)方面。逆變電源裝在機(jī)車上，由于軌道的鋪設(shè)質(zhì)量及機(jī)車行駛速度，使內(nèi)部電子元件脫焊，損壞印制板焊盤，導(dǎo)致電源損壞，也是其損壞原因之一。 3 新型JND - 550（250）型逆變電源裝置 3.1 新型逆變電源裝置技術(shù)性能指標(biāo) 額定

6、輸入電壓：直流550V或直流250V；允許波動(dòng)范圍： 直流440V ~ 660V（550V時(shí)） 直流210V ~ 300V（250V時(shí)） 輸出電壓：直流241V或直流121V 3.2 逆變電源裝置采用的主要技術(shù)措施 （1）采用高質(zhì)量的金屬化紙介無(wú)極性電容器，替代輸入端的電解電容器。開關(guān)的沖擊狀態(tài)明顯降低，可選用更小的熔絲，從而提高整機(jī)工作的安全性。另外，這種電容器容量穩(wěn)定，熱穩(wěn)定也好，無(wú)電感特征，使用壽命長(zhǎng)，并有安裝固定腳，其耐震性明顯優(yōu)于電解電容器。 （2）采用1只開關(guān)變壓器，由兩個(gè)開關(guān)管輪流導(dǎo)通

7、，在原邊分別流過(guò)不同的勵(lì)磁電流，這樣副邊感應(yīng)出不同極性的電壓，然后整流輸出。這樣就充分提高了磁芯的利用率，減小了體積，使電路更為合理、緊湊。 （3）選用新型高頻開關(guān)變壓器的磁性材料。在給定的工作頻率下，選擇具有較小的鐵芯損耗及較高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和電阻率的磁性材料。體積小，成本低，是選擇的關(guān)鍵。故我們選用日本TDK公司最新推出的第三代鐵氧體作為逆變電源的開關(guān)變壓器磁芯，其性價(jià)比較為理想。 （4）自激式直流逆變電源經(jīng)過(guò)一定的技術(shù)處理，其本身是能達(dá)到自動(dòng)穩(wěn)壓的，但這種工作方式的穩(wěn)壓特點(diǎn)使變換器開關(guān)工作頻率隨輸入電壓和輸出電流的變化而變化。即在輸出電壓或輸出電流減小時(shí)

8、其工作頻率會(huì)增高，尤其在直流變換器空載情況下（如車燈損壞、斷線、前后車燈轉(zhuǎn)換瞬間等），其工作頻率是正常工作電壓和滿載情況下的8倍以上，極易造成晶體管擊穿而損壞。為此，我們采取了后置式穩(wěn)壓電路，即將架線網(wǎng)絡(luò)的輸入電壓，經(jīng)DC - DC變換電路變?yōu)橄鄳?yīng)的低壓電路，然后在低壓電路部分再另設(shè)穩(wěn)壓電路。這樣做就能將DC - DC變換電路的工作頻率設(shè)計(jì)在最佳狀態(tài)上，可以長(zhǎng)期空載而不損壞電路。 （5）在結(jié)構(gòu)方面也進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)是：①增加印制板的機(jī)械強(qiáng)度，并增大焊盤面積；②對(duì)體積較大的元器件采用膠墊、膠封固定以增加耐震強(qiáng)度；③整機(jī)殼體置于帶有防震裝置的固定架中，即使在劇烈的顛簸中，電源

9、裝置也能工作穩(wěn)定，狀態(tài)良好；④盡可能使設(shè)備小型化，以保證其具有較堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)和較高的固有頻率，減小慣性力，提高抗震動(dòng)和沖擊能力；⑤做好元器件的密封防潮處理。 以上措施保證了逆變電源裝置在煤礦井下潮濕、多塵環(huán)境及電機(jī)車劇烈顛簸情況下都能可靠地運(yùn)行。不僅可為電機(jī)車的道路照明、紅尾燈提供穩(wěn)定的低壓電源，還可為警號(hào)電笛、載波通訊等用途提供能量。經(jīng)過(guò)3個(gè)多月的工業(yè)性試驗(yàn)，除個(gè)別元件因焊接質(zhì)量不好造成脫焊故障之外，該逆變電源裝置全部運(yùn)行正常，性能穩(wěn)定，效果較為滿意。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)使用人員一致反映，該逆變電源裝置設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，安裝維修及使用方便，操作靈活，工作安全可靠，適應(yīng)煤礦井下潮濕、多塵、頻繁強(qiáng)烈的沖擊震動(dòng)及電網(wǎng)電壓大幅度波動(dòng)等惡劣環(huán)境，解決了長(zhǎng)期以來(lái)架線電機(jī)車照明裝置性能質(zhì)量與井下生產(chǎn)條件不相適應(yīng)的難題，對(duì)提高井下電機(jī)車的運(yùn)輸效率、減少電機(jī)車運(yùn)輸事故、保障人身安全等具有十分重要的積極作用。 （安宜高）