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【摘 要】矿用机车直流电源变换器可将机架上DC250V转换成机车上照明及鸣笛所需的DC24V。本矿用机车直变器由输入电路、驱动电路、反馈电路、保护电路、辅助电路、输出电路等构成，实践表明，该设计具有输入范围宽，输出稳定可靠等优点。
【关键词】矿用机车；直流变换器
0.引言
矿用机车是我国矿井中的重要运输工具，机车的供电主要通过矿井种的直流架线，架线上提供250V或550V直流电，机车通过触线的方式获取高压直流电运行。机车的照明和喇叭等电器的工作电压为DC24V，因此需通过直流电源变换器将250V或550V的直流电压转变成24V的直流电压。矿用机车运行环境恶劣，湿度大、粉尘大、震动大，矿用机车直变器存在寿命较短、故障率较高、功率偏小等问题，随着机车功能的增多，机车上DC24V的用电设备也增多，对机车直变器也提出来更高的要求，因此研发大功率高可靠性的直流变换器很有必要。
1.矿用机车直流电源变换器的系统设计
本设计采用PWM调制方式的Buck降压型斩波器，如图1所示，直流变换器由辅助电源启动电路、过电流保护电路、PWM控制器、启动电路、双管反激变换器等部分构成。
其中，输入电路用两个耐压1000V的6A10的整流二极管并联，防止输入反接。输入滤波电路由1个电感和3个电容成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。辅助电源启动电路由BU406三极管作为调整管构成降压电路产生+12V的直流电给PWM控制和驱动电路等供电。PWM控制器选用TL3844。PWM驱动采用并励驱动变压器和8550、8050三极管等构成双管反激变换器的驱动电路，产生驱动信号。电压反馈电路由精密可控稳压源TL431和光耦等构成，当输出升高，经取样电阻分压后，通过TL431的作用，光耦OT1发光二极管发光，光电三极管导通，UC3842①脚电位相应变低，从而改变输出占空比减小，U0降低。过电流保护电路在主电路的开关管电路中串联0.2欧6瓦电阻实现，当输出电路短路或过流，变压器原边电流增大，电阻两端电压降增大，③脚电压升高，UC3842⑥脚输出占空 比逐渐增大，③脚电压超过1V时，UC3842关闭无输出。双管反激变换器用两只APT12080LVR开关管替代单管，同时导通和关断，并在电路中采用钳位二极管，在反激过程中把开关管承受的峰值电压钳制在输入电源电压，降低了每个开关管上的电压应力，扩大了开关管的选择范围，也保留了反激电路的优点。
2.矿用机车直流电源便换器的关键电路参数设计
2.1储能式变压器
由已知条件计算出总输出功率 PO ，确定铁心截面积 Sc 和铁芯工作磁感应强度ΔB 。初级线圈的峰值电流为：
式中： Uimin为变压器初级输入的最小直流电压 ， T 为开关周期 ， TON为开关管导通时间 ， PO 为输出功率；η为变换效率。初级线圈的电感为：
初级绕组匝数为：
初次级绕组匝数比为：
式中： UD 为输出整流二极管压降 ，UO2为次级绕组的输出电压。次级绕组匝数为：
同理可求出其他绕组匝数。储能式变压器气隙为：
2.2功率开关
功率开关 VT1 ，VT2 上承受的峰值电压应力为：
式中： UDD为钳位二极管的导通压降。电流应力为：
式中：I1av初级电感电流平均值，ΔI初级电感电流脉动值。
2.3整流二极管
整流二极管电压应力和电流应力分别为
2.4输出滤波电容
式中： q % = UOpp / UO ， UOpp为输出电压纹波峰峰值，R 为负载电阻。
3.小结
目前，按照以上设计思路研制的变换器已经通过试验验证，技术参数完全满足要求，在电磁兼容试验，振动冲击试验，高温低温试验中，技术参数完成满足要求，成果在矿井机车中得到成功应用。
参考文献：
[1]葛立夏，《矿用机车直流电源变换器的研究开发》，机械管理开发，第25卷第3期
[2]丁小满、张从旺，《电力机车直流变换器的设计》，铁道技术监督，第40卷第10期
[3]封心歌，《高压双管反激变换器的设计》，现代雷达，第26卷第6期
【关键词】矿用机车；直流变换器
0.引言
矿用机车是我国矿井中的重要运输工具，机车的供电主要通过矿井种的直流架线，架线上提供250V或550V直流电，机车通过触线的方式获取高压直流电运行。机车的照明和喇叭等电器的工作电压为DC24V，因此需通过直流电源变换器将250V或550V的直流电压转变成24V的直流电压。矿用机车运行环境恶劣，湿度大、粉尘大、震动大，矿用机车直变器存在寿命较短、故障率较高、功率偏小等问题，随着机车功能的增多，机车上DC24V的用电设备也增多，对机车直变器也提出来更高的要求，因此研发大功率高可靠性的直流变换器很有必要。
1.矿用机车直流电源变换器的系统设计
本设计采用PWM调制方式的Buck降压型斩波器，如图1所示，直流变换器由辅助电源启动电路、过电流保护电路、PWM控制器、启动电路、双管反激变换器等部分构成。
其中，输入电路用两个耐压1000V的6A10的整流二极管并联，防止输入反接。输入滤波电路由1个电感和3个电容成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。辅助电源启动电路由BU406三极管作为调整管构成降压电路产生+12V的直流电给PWM控制和驱动电路等供电。PWM控制器选用TL3844。PWM驱动采用并励驱动变压器和8550、8050三极管等构成双管反激变换器的驱动电路，产生驱动信号。电压反馈电路由精密可控稳压源TL431和光耦等构成，当输出升高，经取样电阻分压后，通过TL431的作用，光耦OT1发光二极管发光，光电三极管导通，UC3842①脚电位相应变低，从而改变输出占空比减小，U0降低。过电流保护电路在主电路的开关管电路中串联0.2欧6瓦电阻实现，当输出电路短路或过流，变压器原边电流增大，电阻两端电压降增大，③脚电压升高，UC3842⑥脚输出占空 比逐渐增大，③脚电压超过1V时，UC3842关闭无输出。双管反激变换器用两只APT12080LVR开关管替代单管，同时导通和关断，并在电路中采用钳位二极管，在反激过程中把开关管承受的峰值电压钳制在输入电源电压，降低了每个开关管上的电压应力，扩大了开关管的选择范围，也保留了反激电路的优点。
2.矿用机车直流电源便换器的关键电路参数设计
2.1储能式变压器
由已知条件计算出总输出功率 PO ，确定铁心截面积 Sc 和铁芯工作磁感应强度ΔB 。初级线圈的峰值电流为：
式中： Uimin为变压器初级输入的最小直流电压 ， T 为开关周期 ， TON为开关管导通时间 ， PO 为输出功率；η为变换效率。初级线圈的电感为：
初级绕组匝数为：
初次级绕组匝数比为：
式中： UD 为输出整流二极管压降 ，UO2为次级绕组的输出电压。次级绕组匝数为：
同理可求出其他绕组匝数。储能式变压器气隙为：
2.2功率开关
功率开关 VT1 ，VT2 上承受的峰值电压应力为：
式中： UDD为钳位二极管的导通压降。电流应力为：
式中：I1av初级电感电流平均值，ΔI初级电感电流脉动值。
2.3整流二极管
整流二极管电压应力和电流应力分别为
2.4输出滤波电容
式中： q % = UOpp / UO ， UOpp为输出电压纹波峰峰值，R 为负载电阻。
3.小结
目前，按照以上设计思路研制的变换器已经通过试验验证，技术参数完全满足要求，在电磁兼容试验，振动冲击试验，高温低温试验中，技术参数完成满足要求，成果在矿井机车中得到成功应用。
参考文献：
[1]葛立夏，《矿用机车直流电源变换器的研究开发》，机械管理开发，第25卷第3期
[2]丁小满、张从旺，《电力机车直流变换器的设计》，铁道技术监督，第40卷第10期
[3]封心歌，《高压双管反激变换器的设计》，现代雷达，第26卷第6期