礦用蓄電池電機(jī)車斬波調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介及應(yīng)用

王曉龍

（青海金瑞礦業(yè)發(fā)展股份有限公司海塔爾礦,青海 剛察 812300）

0 前言

電機(jī)車控制器大致經(jīng)歷了電阻凸輪調(diào)速、可控硅斬波調(diào)速以及IGBT為核心技術(shù)的ZBT智能調(diào)速三個(gè)階段。ZBT智能調(diào)速司控器，從根本上解決了原電阻調(diào)速司控器耗電量大，機(jī)械磨損快、啟動(dòng)沖擊大、維修量大的弊端，大大提高了機(jī)車的牽引力和運(yùn)行速度，強(qiáng)化了機(jī)車的保護(hù)功能，使機(jī)車變得安全平穩(wěn)可靠。ZBT新一代智能調(diào)速司控器是電阻調(diào)速司控器的升級(jí)換代升級(jí)產(chǎn)品，是目前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的礦用電機(jī)車調(diào)速司控器，也是電機(jī)車調(diào)速司控器中較理想的產(chǎn)品。

1 ZBT礦用隔爆型斬波司控器的功能概述

該調(diào)速器是專為防爆特殊型蓄電池電機(jī)車設(shè)計(jì)、開發(fā)的新一代無(wú)極調(diào)速裝置，IGBT為主要功率開關(guān)元件。電路采用先進(jìn)的控制技術(shù)，從根本上解決了原電阻調(diào)速機(jī)車帶來(lái)的耗電量大、起動(dòng)沖擊、電器元件損壞多、機(jī)械磨損大等一系列弊病，此技術(shù)給礦山機(jī)車運(yùn)輸帶來(lái)一個(gè)飛躍，使運(yùn)行中更安全可靠、并增添了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

2 ZBT礦用隔爆型斬波司控器的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)

（1）此斬波司控器采用全數(shù)字智能控制，主芯片為DSP，保護(hù)功能強(qiáng)大，可接受傻瓜式操作；

（2）采用絕緣柵雙極晶體管斬波，牽引和制動(dòng)均為斬波控制，可節(jié)約電能30%以上；

（3）牽引力大，速度快：牽引力比電阻調(diào)速提高20%，速度提高30%；

（4）主要部件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，基本不需要維護(hù)，大大提高機(jī)車出勤率；

（5）電壓影響范圍寬；

（6）安全可靠，起動(dòng)平穩(wěn)無(wú)沖擊，人員安全，性能可靠。

3 ZBT礦用隔爆型斬波司控器的結(jié)構(gòu)

（1）調(diào)速器由換向開關(guān)、斬波器、照明開關(guān)電路、喇叭按鈕和電壓顯示幾部分組成。

（2）斬波器由IGBT、續(xù)流二極管、儲(chǔ)能電容、無(wú)感電容、霍爾電流傳感器及控制脈沖電路等組成。所有元件安裝在鋁散熱板上，再將散熱鋁板用螺釘固定在防爆外殼的內(nèi)壁上，通過(guò)防爆外殼傳熱。

（3）互鎖開關(guān)安裝在主、副控制箱內(nèi)。

（4）照明開關(guān)安裝在控制箱面板上，有“0”位、“前燈”、“后燈”三個(gè)工作狀態(tài)，完成前白燈、后紅燈或前紅燈、后白燈的操作功能。

4 斬波調(diào)速的工作原理

斬波調(diào)速器采用了IGBT絕緣柵雙極型晶體管電路， IGBT 的開關(guān)作用是通過(guò)加正向柵極電壓形成溝道，給PNP 晶體管提供基極電流，使IGBT 導(dǎo)通。反之，加反向門極電壓消除溝道，切斷基極電流，使IGBT 關(guān)斷。從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)電機(jī)車調(diào)速的目的。IGBT絕緣柵雙極型晶體管，是由雙極型三極管和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件, 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大；MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于礦用機(jī)車調(diào)速系統(tǒng)。

斬波調(diào)速器，實(shí)現(xiàn)了機(jī)車的無(wú)極調(diào)速，從起動(dòng)到全速均能平穩(wěn)銜接，能有效保護(hù)電機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)，可根據(jù)實(shí)際情況控制機(jī)車運(yùn)行速度，且牽引力比電阻調(diào)速時(shí)大，工作效率高。

5 海塔爾礦機(jī)車斬波調(diào)速改造后與與電阻調(diào)速系統(tǒng)的比較

改造前，該礦電機(jī)車均采用電阻調(diào)速控制系統(tǒng)，其起動(dòng)和減速時(shí)，一部分電能通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，另一部分電能則通過(guò)電阻轉(zhuǎn)換為熱能，它起動(dòng)電流大，耗能高，對(duì)主電機(jī)沖擊較大。調(diào)速系統(tǒng)為五級(jí)切電阻調(diào)速，沖擊大，運(yùn)行不平穩(wěn)，操作程序繁瑣，并且機(jī)車不能長(zhǎng)期在帶電阻位置運(yùn)行，觸頭和滅弧罩損壞率高，，嚴(yán)重影響機(jī)車出勤率，且維修量較大。

采用斬波調(diào)速器改造后，機(jī)車起動(dòng)電流相當(dāng)小，因而對(duì)主電機(jī)的沖擊也小，。此調(diào)速器為無(wú)級(jí)調(diào)速，機(jī)車運(yùn)行平穩(wěn)可靠，并且調(diào)速通過(guò)IGBT完成，取代了電阻調(diào)速系統(tǒng)的觸指系統(tǒng)，使維修量大幅下降，并且增加了電氣制動(dòng)功能。

6 斬波調(diào)速改造機(jī)車在日常使用中常見故障處理及注意事項(xiàng)

（1）在日常使用中如出現(xiàn)司控器不調(diào)速的情況，一般是由以下幾種原因造成：1）IGBT損壞或控制驅(qū)動(dòng)盒損壞，需更換以上配件；2）主電源未接通，將換向手柄扳向零位；3）換向軸觸指接觸不良，更換觸頭；4）無(wú)給定電壓，檢查給定器是否故障；5）霍爾速度給定器內(nèi)微動(dòng)開關(guān)損壞，更換微動(dòng)開關(guān)。

（2）能調(diào)速但速度慢，一般由以下原因造成：1）機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)故障，檢查剎車系統(tǒng)；2）機(jī)車運(yùn)輸量過(guò)大，減輕負(fù)載；3）給定電壓低于4v，更換霍爾速度給定器；4）電源裝置電壓低，更換備用電源裝置或立即充電。

（3）機(jī)車起動(dòng)就失控，一般由以下兩種原因造成：1）IGBT被擊穿，更換IGBT；2）控制驅(qū)動(dòng)盒部分損壞，更換控制驅(qū)動(dòng)盒。

（4）調(diào)速手柄剛扳動(dòng)就燒毀插銷連接器保險(xiǎn):1）電機(jī)短路，檢查維修電機(jī)；2）電源正負(fù)極短路，檢查電源線路。

（5）日常使用注意事項(xiàng)

1）定期對(duì)斬波司控器內(nèi)部進(jìn)行除塵、保養(yǎng)，以延長(zhǎng)各部件的使用壽命。

2）經(jīng)常檢查外殼的防爆結(jié)合面間隙、長(zhǎng)度、粗糙度、電纜引入裝置是否符合要求，杜絕失爆現(xiàn)象。

3）定期用500V兆歐表檢測(cè)絕緣電阻，帶電回路與地之間，各回路之間的絕緣電阻為大于等于20兆歐。

4）機(jī)車運(yùn)行時(shí)，最大限度使用全壓運(yùn)行，這樣既能達(dá)到節(jié)能的目的又能延長(zhǎng)斬波司控器的使用壽命。

5）每次機(jī)車維護(hù)時(shí)，認(rèn)真檢查IGBT的安裝情況是否符合要求。

6）機(jī)車運(yùn)行中，如果發(fā)現(xiàn)司控器溫度過(guò)高，需停機(jī)待溫度下降后在運(yùn)行。

7）當(dāng)搬動(dòng)調(diào)速手柄，機(jī)車不運(yùn)行，嚴(yán)禁繼續(xù)搬動(dòng)調(diào)速手柄，以免損壞電機(jī)或傳動(dòng)齒輪。

8）司控器檢修時(shí)，必須將調(diào)速手柄扳至全速位，使儲(chǔ)能電容放電后，方可進(jìn)行。

9）機(jī)車停機(jī)長(zhǎng)時(shí)間未使用，需再次使用時(shí)，應(yīng)輕負(fù)載試車，一切正常后，方可運(yùn)行。

7 存在問(wèn)題

通過(guò)使用發(fā)現(xiàn)，該裝置還存在以下問(wèn)題，需要改進(jìn)，一是IGBT斬波器容易損壞，主要原因是IGBT保護(hù)功能不齊全，IGBT出現(xiàn)故障后，電機(jī)車失去調(diào)速功能，在實(shí)際使用中存在危險(xiǎn)因素，請(qǐng)生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)靈敏可靠的保護(hù)回路；二是開關(guān)電源和限流板容易燒毀，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)保護(hù)功能，由于開關(guān)電源和限流板屬于斬波司控器的主要元件，更換費(fèi)用高，對(duì)使用單位造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。三、電氣制動(dòng)采用換向手柄反向制動(dòng)，制動(dòng)沖擊大，不平穩(wěn)，希望廠家予以改進(jìn)。

綜上所述ZBT斬波調(diào)速器在蓄電池式礦用電機(jī)車上的應(yīng)用效果良好，對(duì)降低機(jī)車維修率，提高機(jī)車出勤率，保證礦井生產(chǎn)安全性效果明顯，故項(xiàng)技術(shù)值得推廣和應(yīng)用。

[1]陳維鍵.《礦山運(yùn)輸與提升設(shè)備》[M].北京，煤炭工業(yè)出版社，1995.

[2]中國(guó)礦業(yè)大學(xué)主編.《礦山運(yùn)輸機(jī)械》[M].北京，煤炭工業(yè)出版社，2007.

[3]《煤礦機(jī)電》多期雜志[J].