MT5500電動輪卡車相位模塊測試平臺研發(fā)

馬海龍

（神華準(zhǔn)能設(shè)備維修中心，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017100）

MT5500電動輪卡車相位模塊測試平臺研發(fā)

馬海龍

（神華準(zhǔn)能設(shè)備維修中心，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017100）

為了開創(chuàng)相位模塊國內(nèi)測試維修技術(shù)，提高模塊修復(fù)率，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，通過光纖驅(qū)動，模擬卡車運行工作原理，利用單片機自動控制，反饋信號正常接收，我們掌握了相位模塊內(nèi)部通訊技術(shù)，最終研發(fā)了相位模塊測試平臺。

相位模塊；高位；低位；IGBT；門極驅(qū)動板

0 引言

隨著神華哈爾烏素煤炭分公司煤炭開采量的逐年增加，分公司于2008年開始引進TERREX設(shè)計生產(chǎn)的MT5500電動輪自卸卡車。目前MT5500電動輪自卸卡車在神華哈爾烏素煤炭分公司中承擔(dān)著運輸巖石的生產(chǎn)任務(wù)。由于卡車運行環(huán)境差，運行時間長，相位模塊損壞事件時常發(fā)生。為了提高相位模塊修復(fù)率，分析了相位模塊在卡車上運行的工作原理，發(fā)明了測試平臺。

1 背景分析

哈爾烏素露天煤礦引進MT5500卡車至今已歷時8年，我們遇到過相位模塊損壞事件已有上千次，投入的人力多、成本高、且測試維修難度大。當(dāng)卡車相位模塊內(nèi)部IGBT和門驅(qū)動板有故障時，卡車牽引系統(tǒng)就不能夠正常運行，系統(tǒng)就會發(fā)生故障，并且在更換已維修過的相位模塊時，質(zhì)量又無法保證，只能進行上車測試。一旦有故障出現(xiàn)，需要進行反復(fù)的拆裝、維修，工作量大，質(zhì)量又無法保證，不能準(zhǔn)確的找出故障點，而且在更換相位模塊時有高空作業(yè)危險。為了減少企業(yè)生產(chǎn)成本，提高相位模塊修復(fù)率、設(shè)備出動率，對卡車相位模塊內(nèi)部工作原理進行分析，從而研發(fā)了相位模塊測試平臺。

2 MT5500卡車相位模塊工作原理

通過分析MT5500卡車相位模塊在卡車上的工作原理，左右逆變器各有3個相位模塊組成，發(fā)動機牽引交流發(fā)電機發(fā)出交流電，在通過整流盤將交流電整流變成直流電，通過控制系統(tǒng)有序的控制相位模塊的通斷，將直流電轉(zhuǎn)換成頻率可以控制的交流電，從而實現(xiàn)卡車的變頻控制。此前，該模塊如果有故障，公司將損壞的模塊運輸?shù)矫绹鴱S家進行維修，這樣往返的修復(fù)，維修周期長，維修成本高。

相位模塊單元內(nèi)部原理如圖1，每個相位模塊單元有4個大功率IGBT Q1、Q2、Q3、Q4，4個電容C14、C15、C16、C17，2個二極管D20、D21和門極驅(qū)動板組成。相位模塊E4AB、E2AB分別與直流母線正、負(fù)極相接。當(dāng)母線供電正常，門極驅(qū)動板E11 E12 24 V供電正常，那么當(dāng)驅(qū)動控制系統(tǒng)ICM高位1414T發(fā)光通過光纖將光信號傳送到門極驅(qū)動板IC2的A2412光信號接收器，門極驅(qū)動板高位驅(qū)動E2 E3、E4 E5會輸出正15 V電壓，驅(qū)動IGBT Q1 Q2打開，當(dāng)IGBT打開時，E1 E5的電位差為零，當(dāng)驅(qū)動控制系統(tǒng)ICM高位1414T停止光信號通訊時，此時的門驅(qū)動板高位驅(qū)動E2 E3、E4 E5會輸出負(fù)15 V電壓，此時IGBTQ1Q2關(guān)閉，E1 E5有很高電位差，此時門極驅(qū)動板會給A1414T一個驅(qū)動信號，A1414T輸出光信號，將光信號傳送到ICM控制系統(tǒng)。高位發(fā)射一次光信號，主回路工作正常以后會反饋回來一個光信號，高位這樣無數(shù)次的工作，意外著一次通訊成功，當(dāng)驅(qū)動控制系統(tǒng)ICM低位1414T發(fā)光通過光纖將光傳送到門極驅(qū)動板IC2的B2414光信號接收器，門極驅(qū)動板低位驅(qū)動E7 E8 E9 E10會輸出正15 V電壓，驅(qū)動IGBT Q3 Q4打開，當(dāng)IGBT打開時，E6 E10的電位差為零，當(dāng)驅(qū)動控制系統(tǒng)ICM低位1414T不發(fā)光時，此時門驅(qū)動板低位驅(qū)動E7 E8、E9 E10會輸出負(fù)15 V電壓，此時IGBT Q3 Q4關(guān)閉，E6E10有很大的電位差，此時門極驅(qū)動板會給B1414T一個驅(qū)動信號，B1414T發(fā)光，將光信號通過光纖傳到控制系統(tǒng)ICM，低位發(fā)射一次光信號，主回路工作正常以后會反饋回來一個光信號，低位這樣無數(shù)次的工作，就意外一次通訊成功。每個相位模塊這樣高位和低位依次的打開、關(guān)閉，主回路就形成回路，通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)頻率和占空比，來輸出合適的能量，更好的驅(qū)動卡車正常運行。

圖1 相位模塊內(nèi)部原理

3 設(shè)計原理與方案

根據(jù)相位模塊在卡車運行狀態(tài)時的工作原理和實際運行情況，設(shè)計出相位模塊測試平臺與相位模塊內(nèi)部電路如圖2，根據(jù)實際情況將卡車運行狀態(tài)放大，模擬卡車運行狀態(tài)，在工作臺上就可以對維修好的相位模塊和有故障的相位模塊進行測試。

首先測試平臺使用220 V AC供電，然后經(jīng)過變壓器變壓整流，1D25-80橋推整流變壓得到5 V直流電源，2D25-80橋推將220 V交流電整流成310 V直流電源，3D25-80將220V AC變壓整流輸出24 V直流電源。再經(jīng)過穩(wěn)壓管穩(wěn)壓，濾波，調(diào)試出需要的高質(zhì)量電壓。310 V直流電源供給相位模塊主回路，24 V直流電源供給門極驅(qū)動板，5 V電壓供給單片機MSP430 149和光信號接收器A2412和B2412。我們對單片機進行編程，編譯，輸出我們需要的頻率，輸出信號每秒通斷，然后通過單片機控制光信號發(fā)生器A1414T和B1414T，由于單片機輸出功率很小，所以使用S8550三極管，用三極管驅(qū)動A1414T和B1414T，A1414T和B1414T就會發(fā)光。A2412和B2412得到5 V額定電壓后，當(dāng)外部光信號傳送到A2412和B2412后，2412的C極和E極就會導(dǎo)通，此時檢測指示燈D8 D11回路形成，D8 D11發(fā)光二極管就會發(fā)光。

圖2 相位模塊測試平臺與相位模塊內(nèi)部電路

當(dāng)測試時，單片機P1.0高位時，S8550驅(qū)動三極管C極和E極就會導(dǎo)通，驅(qū)動測試平臺A1414T和B1414T，測試平臺光纖頭A1414T和B1414T 5 V回路形成，光纖頭發(fā)光，通過光纖分別將光信號傳輸?shù)较辔荒K門極驅(qū)動板高位A2412和低位B2412光信號接收器，當(dāng)相位模塊門極驅(qū)動板高低位同時接收到光信號時，門驅(qū)動板同時輸出+15 V電壓分別到IGBT Q1 Q2 Q3 Q4，此時相位模塊的4個IGBT Q1 Q2 Q3 Q4同時打開，指示燈D4的310 V直流回路形成，檢測指示燈D4發(fā)光，說明此時的相位模塊驅(qū)動電路與主回路工作正常。

當(dāng)單片機P1.0低位時，S8550關(guān)閉，測試平臺A1414T和B1414T不發(fā)光，此時相位模塊門驅(qū)動板輸出-15 V電壓同時到IGBT Q1 Q2 Q3 Q4，IGBT關(guān)閉，檢測指示燈D4的310 V回路斷開，指示燈D4熄滅。每當(dāng)相位模塊IGBT打開與關(guān)閉時，E1 E5、E6 E10有電位差形成，門極驅(qū)動板就會驅(qū)動本身光纖頭A1414T和B1414T，A1414T和B1414T就會發(fā)出光信號，通過光纖將光信號分別傳輸?shù)綔y試平臺A2412和B2412，此時測試平臺A2412和B2412控制端導(dǎo)通，反饋檢測指示燈D8和D11 5 V回路形成，反饋指示燈D8 D11發(fā)光，這樣相位模塊反饋驅(qū)動回路也正常，整個系統(tǒng)1次通訊成功。我們編程時設(shè)置1秒通斷，驅(qū)動信號每秒1次，所以外部光信號也是每秒1次。如果主回路檢測指示燈D4反饋檢測燈D8 D11有一個檢測指示燈不能正常發(fā)光，那么說明整個模塊是有故障的模塊。

對測試平臺內(nèi)部做了安全電路設(shè)計，在內(nèi)部增加了放電模塊R7 R10，當(dāng)使用平臺對相位模塊進行測試時，會對相位模塊內(nèi)部電容以及測試平臺內(nèi)部電容充電，因為主回路供電電壓高達310 V，所以在測試完畢時，必須將面板上的放電按鈕按下約10 s，即可放掉全部電量，達到安全電壓。

4 測試步驟

1）首先我們連接電源供電部分：將門極驅(qū)動板供電連接，將測試平臺的正24 V電連接門驅(qū)動板上的E11，將測試平臺上的負(fù)24 V電連接到門極驅(qū)動板上的E12端子上，將測試平臺上的E4AB連接到相位模塊310 V直流回路正極，將測試平臺上的E2AB連接到相位模塊直流回路負(fù)極上，供電部分連接完畢。測試連接圖如圖3所示。

圖3 測試連接圖

2）光纖通訊連接：將測試平臺上高位光信號驅(qū)動U5（A1414T）、U6（A2412）分別對應(yīng)連接相位模塊門極驅(qū)動板高位A2412與A1414T，然后把測試平臺的低位光信號驅(qū)動U12（B1414T）、U13(B2412）分別對應(yīng)連接相位模塊門極驅(qū)動板低位B2412B與1414T，此時光纖通訊連接完畢，最后將電源總開關(guān)閉合，將測試按鈕啟動，進行測試，在測試完畢時，將放電按鈕按下進行放電。此設(shè)備使用方便，精確。

5 試驗效果分析

試驗的效果分為2個方面：①安全方面：測試平臺的發(fā)明，取代了傳統(tǒng)上車測試，不能精確維修的弊端，降低了危險系數(shù)，在工作室就可以安全的進行測試維修；②經(jīng)濟方面：一個相位模塊成本價格大約是70萬元左右，每年MT5500卡車損壞相位模塊接近20多個，預(yù)計每年將節(jié)約成本1 400多萬元。

6 結(jié)論

從2014年5月定下方案，經(jīng)過1年多時間進行設(shè)計、安裝、調(diào)試，測試非常精確，使用方便，已經(jīng)對很多臺卡車相位模塊進行測試、維修，到目前為止，測試維修好的相位模塊使用非常穩(wěn)定。

此項測試平臺的研發(fā)，更加精確的判斷故障位置，給哈爾烏素設(shè)備維修中心帶來巨大的經(jīng)濟效益，節(jié)省了大量勞動力，提高設(shè)備出動率，增加企業(yè)效益。

［1］周志敏，紀(jì)愛華.IGBT驅(qū)動與保護電路設(shè)計及應(yīng)用電路實例［M］.北京：中國機械工業(yè)出版社，2011.

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【責(zé)任編輯：解連江】

MT5500 electric wheel truck phase module test platform for research and development

MA Hailong
(Equipment Repair Center,Shenhua Group Zhungeer Energy Co.,Ltd.,Ordos 017100,China)

In order to create a domestic phase module test maintenance technology and improve the module repair rate,and reduce the production cost,through the optical drive and simulating the truck running principle,the centre uses the single chip microcomputer automatic control,and normally receives the feedback signal.We master the phase modules internal communication technology,eventually develop phase module test platform.

phase module;high;low;IGBT;gate drive board

TD57

B

1671-9816（2017）05-0056-05

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.05.016

馬海龍.MT5500電動輪卡車相位模塊測試平臺研發(fā)［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（5）：56-60.

2016-11-19

馬海龍（1988—），男，內(nèi)蒙古烏蘭察布人，助理工程師，2016年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)，現(xiàn)為神華哈爾烏素煤炭分公司設(shè)備維修中心汽修車間重卡電工，主要從事露天煤礦設(shè)備維修及輔助設(shè)備研發(fā)。