MT5500电动轮卡车相位模块测试平台研发

马海龙

（神华准能设备维修中心，内蒙古鄂尔多斯017100）

MT5500电动轮卡车相位模块测试平台研发

马海龙

（神华准能设备维修中心，内蒙古鄂尔多斯017100）

为了开创相位模块国内测试维修技术，提高模块修复率，降低企业生产成本，通过光纤驱动，模拟卡车运行工作原理，利用单片机自动控制，反馈信号正常接收，我们掌握了相位模块内部通讯技术，最终研发了相位模块测试平台。

相位模块；高位；低位；IGBT；门极驱动板

0 引言

随着神华哈尔乌素煤炭分公司煤炭开采量的逐年增加，分公司于2008年开始引进TERREX设计生产的MT5500电动轮自卸卡车。目前MT5500电动轮自卸卡车在神华哈尔乌素煤炭分公司中承担着运输岩石的生产任务。由于卡车运行环境差，运行时间长，相位模块损坏事件时常发生。为了提高相位模块修复率，分析了相位模块在卡车上运行的工作原理，发明了测试平台。

1 背景分析

哈尔乌素露天煤矿引进MT5500卡车至今已历时8年，我们遇到过相位模块损坏事件已有上千次，投入的人力多、成本高、且测试维修难度大。当卡车相位模块内部IGBT和门驱动板有故障时，卡车牵引系统就不能够正常运行，系统就会发生故障，并且在更换已维修过的相位模块时，质量又无法保证，只能进行上车测试。一旦有故障出现，需要进行反复的拆装、维修，工作量大，质量又无法保证，不能准确的找出故障点，而且在更换相位模块时有高空作业危险。为了减少企业生产成本，提高相位模块修复率、设备出动率，对卡车相位模块内部工作原理进行分析，从而研发了相位模块测试平台。

2 MT5500卡车相位模块工作原理

通过分析MT5500卡车相位模块在卡车上的工作原理，左右逆变器各有3个相位模块组成，发动机牵引交流发电机发出交流电，在通过整流盘将交流电整流变成直流电，通过控制系统有序的控制相位模块的通断，将直流电转换成频率可以控制的交流电，从而实现卡车的变频控制。此前，该模块如果有故障，公司将损坏的模块运输到美国厂家进行维修，这样往返的修复，维修周期长，维修成本高。

相位模块单元内部原理如图1，每个相位模块单元有4个大功率IGBT Q1、Q2、Q3、Q4，4个电容C14、C15、C16、C17，2个二极管D20、D21和门极驱动板组成。相位模块E4AB、E2AB分别与直流母线正、负极相接。当母线供电正常，门极驱动板E11 E12 24 V供电正常，那么当驱动控制系统ICM高位1414T发光通过光纤将光信号传送到门极驱动板IC2的A2412光信号接收器，门极驱动板高位驱动E2 E3、E4 E5会输出正15 V电压，驱动IGBT Q1 Q2打开，当IGBT打开时，E1 E5的电位差为零，当驱动控制系统ICM高位1414T停止光信号通讯时，此时的门驱动板高位驱动E2 E3、E4 E5会输出负15 V电压，此时IGBTQ1Q2关闭，E1 E5有很高电位差，此时门极驱动板会给A1414T一个驱动信号，A1414T输出光信号，将光信号传送到ICM控制系统。高位发射一次光信号，主回路工作正常以后会反馈回来一个光信号，高位这样无数次的工作，意外着一次通讯成功，当驱动控制系统ICM低位1414T发光通过光纤将光传送到门极驱动板IC2的B2414光信号接收器，门极驱动板低位驱动E7 E8 E9 E10会输出正15 V电压，驱动IGBT Q3 Q4打开，当IGBT打开时，E6 E10的电位差为零，当驱动控制系统ICM低位1414T不发光时，此时门驱动板低位驱动E7 E8、E9 E10会输出负15 V电压，此时IGBT Q3 Q4关闭，E6E10有很大的电位差，此时门极驱动板会给B1414T一个驱动信号，B1414T发光，将光信号通过光纤传到控制系统ICM，低位发射一次光信号，主回路工作正常以后会反馈回来一个光信号，低位这样无数次的工作，就意外一次通讯成功。每个相位模块这样高位和低位依次的打开、关闭，主回路就形成回路，通过控制系统调节频率和占空比，来输出合适的能量，更好的驱动卡车正常运行。

图1 相位模块内部原理

3 设计原理与方案

根据相位模块在卡车运行状态时的工作原理和实际运行情况，设计出相位模块测试平台与相位模块内部电路如图2，根据实际情况将卡车运行状态放大，模拟卡车运行状态，在工作台上就可以对维修好的相位模块和有故障的相位模块进行测试。

首先测试平台使用220 V AC供电，然后经过变压器变压整流，1D25-80桥推整流变压得到5 V直流电源，2D25-80桥推将220 V交流电整流成310 V直流电源，3D25-80将220V AC变压整流输出24 V直流电源。再经过稳压管稳压，滤波，调试出需要的高质量电压。310 V直流电源供给相位模块主回路，24 V直流电源供给门极驱动板，5 V电压供给单片机MSP430 149和光信号接收器A2412和B2412。我们对单片机进行编程，编译，输出我们需要的频率，输出信号每秒通断，然后通过单片机控制光信号发生器A1414T和B1414T，由于单片机输出功率很小，所以使用S8550三极管，用三极管驱动A1414T和B1414T，A1414T和B1414T就会发光。A2412和B2412得到5 V额定电压后，当外部光信号传送到A2412和B2412后，2412的C极和E极就会导通，此时检测指示灯D8 D11回路形成，D8 D11发光二极管就会发光。

图2 相位模块测试平台与相位模块内部电路

当测试时，单片机P1.0高位时，S8550驱动三极管C极和E极就会导通，驱动测试平台A1414T和B1414T，测试平台光纤头A1414T和B1414T 5 V回路形成，光纤头发光，通过光纤分别将光信号传输到相位模块门极驱动板高位A2412和低位B2412光信号接收器，当相位模块门极驱动板高低位同时接收到光信号时，门驱动板同时输出+15 V电压分别到IGBT Q1 Q2 Q3 Q4，此时相位模块的4个IGBT Q1 Q2 Q3 Q4同时打开，指示灯D4的310 V直流回路形成，检测指示灯D4发光，说明此时的相位模块驱动电路与主回路工作正常。

当单片机P1.0低位时，S8550关闭，测试平台A1414T和B1414T不发光，此时相位模块门驱动板输出-15 V电压同时到IGBT Q1 Q2 Q3 Q4，IGBT关闭，检测指示灯D4的310 V回路断开，指示灯D4熄灭。每当相位模块IGBT打开与关闭时，E1 E5、E6 E10有电位差形成，门极驱动板就会驱动本身光纤头A1414T和B1414T，A1414T和B1414T就会发出光信号，通过光纤将光信号分别传输到测试平台A2412和B2412，此时测试平台A2412和B2412控制端导通，反馈检测指示灯D8和D11 5 V回路形成，反馈指示灯D8 D11发光，这样相位模块反馈驱动回路也正常，整个系统1次通讯成功。我们编程时设置1秒通断，驱动信号每秒1次，所以外部光信号也是每秒1次。如果主回路检测指示灯D4反馈检测灯D8 D11有一个检测指示灯不能正常发光，那么说明整个模块是有故障的模块。

对测试平台内部做了安全电路设计，在内部增加了放电模块R7 R10，当使用平台对相位模块进行测试时，会对相位模块内部电容以及测试平台内部电容充电，因为主回路供电电压高达310 V，所以在测试完毕时，必须将面板上的放电按钮按下约10 s，即可放掉全部电量，达到安全电压。

4 测试步骤

1）首先我们连接电源供电部分：将门极驱动板供电连接，将测试平台的正24 V电连接门驱动板上的E11，将测试平台上的负24 V电连接到门极驱动板上的E12端子上，将测试平台上的E4AB连接到相位模块310 V直流回路正极，将测试平台上的E2AB连接到相位模块直流回路负极上，供电部分连接完毕。测试连接图如图3所示。

图3 测试连接图

2）光纤通讯连接：将测试平台上高位光信号驱动U5（A1414T）、U6（A2412）分别对应连接相位模块门极驱动板高位A2412与A1414T，然后把测试平台的低位光信号驱动U12（B1414T）、U13(B2412）分别对应连接相位模块门极驱动板低位B2412B与1414T，此时光纤通讯连接完毕，最后将电源总开关闭合，将测试按钮启动，进行测试，在测试完毕时，将放电按钮按下进行放电。此设备使用方便，精确。

5 试验效果分析

试验的效果分为2个方面：①安全方面：测试平台的发明，取代了传统上车测试，不能精确维修的弊端，降低了危险系数，在工作室就可以安全的进行测试维修；②经济方面：一个相位模块成本价格大约是70万元左右，每年MT5500卡车损坏相位模块接近20多个，预计每年将节约成本1 400多万元。

6 结论

从2014年5月定下方案，经过1年多时间进行设计、安装、调试，测试非常精确，使用方便，已经对很多台卡车相位模块进行测试、维修，到目前为止，测试维修好的相位模块使用非常稳定。

此项测试平台的研发，更加精确的判断故障位置，给哈尔乌素设备维修中心带来巨大的经济效益，节省了大量劳动力，提高设备出动率，增加企业效益。

［1］周志敏，纪爱华.IGBT驱动与保护电路设计及应用电路实例［M］.北京：中国机械工业出版社，2011.

［2］Ronald Defoe.MT5500电动轮自卸卡车维修手册［M］.美国：特雷克斯（中国）投资有限公司，2007.

［3］寥雷.C语言程序设计［M］.第3版.北京：高等教育出版社，2009.

［4］谢兴红，林凡强，吴雄英.MSP430单片机基础与实践［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2008.

［5］张国新.维修电工［M］.第2版.天津：天津职业技术师范大学，2011.

［6］杨年法，刘国海.自动控制原理［M］.北京：机械工业出版社，2014.

［7］王兆安，黄俊.电力电子技术［M］.第4版.北京：机械工业出版社，2005.

［8］邱燕雷，姜惠英.电路基础［M］.北京：中国水利水电出版社，2013.

【责任编辑：解连江】

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

马海龙.MT5500电动轮卡车相位模块测试平台研发［J］.露天采矿技术，2017，32（5）：56-60.

2016-11-19

马海龙（1988—），男，内蒙古乌兰察布人，助理工程师，2016年毕业于内蒙古科技大学电气工程及其自动化专业，现为神华哈尔乌素煤炭分公司设备维修中心汽修车间重卡电工，主要从事露天煤矿设备维修及辅助设备研发。