光控电子元件在高瓦斯矿井的应用.doc

光控电子元件在高瓦斯矿井的应用 作者陈重仪 单位窑街煤电集团 目前，采用光控全控型电力器件，利用LED或LD光源通过耦合器启动安全电压控制无触点开关在复杂条件矿井中的应用，可大大降低和避免瓦斯事故，为煤矿井下安全生产提供了先进设备资源。 一、应用背景探讨 现有隔爆电气设备还不能从根本上杜绝二次重燃引起的蹿火，从而引发更大的灾害。灾害气体、煤尘和电气设备的使用时刻威胁着矿工的生命安全。据有关部门统计，近几年国内发生的矿井灾害近30是由电气设备二次重燃引发的。因此，电气设备也是降低煤矿灾害的重要物质条件。但是目前国内对于解决电气设备二次重燃尚无有效对策。 二、利用光控全控隔爆 1.可关断晶闸管（GateTurn-OffThyristor）简称GTO，亦称门控晶闸管。其主要特点为，当门极加负向触发信号时，晶闸管能自行关断。如果普通晶闸管靠门极正信号触发以后，撤掉信号时也能维持连通状态。要将它关断，必须切断电源，使其正向电流低于维持电流IH，或者施以反向电压强迫关断。这需要增加换向电路，不仅使得设备体积和重量增大，而且会大大降低效率，产生噪声和波形失真。关断晶闸管能避免上述缺陷，不仅保留了普通晶闸管耐压高、电流大的优点，又保证能自动关断，使用方便，是理想的高压、大电流开关器件。目前，GTO已达到8000A、12000V的容量，导通6微秒、关断30微秒的速度。大功率可关断晶闸管已广泛用于矿山斩波调速、变频调速、逆变电源等领域。尤其是采用光耦合器启动控制技术，实现了光电隔离，避免因高压窜入低压可能带来的事故，增加了控制回路安全的可靠性。将GTO作为井下馈电高压开关或高压电机的控制设备，其主要优点是彻底消除了二次重燃。就安全性能来讲，是目前使用的真空高压防爆开关无法比拟的，为高瓦斯矿井安全用电提供了先决条件。 2.绝缘栅双极晶体管（InsulatedGatebipolarTransistor）简称IGBT，是20世纪80年代出现的新型复合器件。既有输入阻抗高、工作速度快、热稳定性好和驱动电路简单等特点，又有通态电压低、耐压高和承受电流大等优点。在电机控制、中频和开关电源以及要求快速、低损耗的领域大受欢迎。目前，IGBT的生产水平为2500V、1000A，而研制水平可达4500V、2500A。IGBT的发展趋势是高电压、低损耗，趋向于将控制和数控逻辑集成于一体，散热器也引入功率模块。IGBT和GTO的相同之处，都是光控全控型电力电子器件，都是无触点开关，从原理上杜绝了二次重燃。采用光电耦合器开启电压2～6V，导通时间1～2微秒，关断时间1～1.5微秒，能实现输入电流正弦无波，电压、电流过零切换。IGBT优良的技术性能完全能够满足井下低压电气设备控制需要。 三、结论 综上所述，GTO和IGBT这两种光控电力电子器件，若作为煤矿井下的高低压防爆开关，或作为高低压电机的控制设备，其原理上是安全的，其基本技术性能完全满足高瓦斯或更为复杂条件矿井安全生产需要。同时，该技术的应用也将使目前笨重的防爆外壳减轻重量，可节约大量钢材，也符合国家节能减排和低碳发展政策。若将其变为现实并普及开来，全国高突矿井的安全生产将大大向前推进，将为建设和谐矿区、和谐社会做出较大贡献。