斬波調(diào)速電機(jī)車斬波電氣故障簡易判斷

韓 龍，佟越波

（1.五礦邯邢礦業(yè)北洺河鐵礦，河北武安 056300；2.五礦礦業(yè)控股有限公司生產(chǎn)部，安徽合肥 230000）

0 引言

斬波調(diào)速電機(jī)車在國內(nèi)礦山應(yīng)用已久，尤其是IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管）型斬波調(diào)速電機(jī)車，使用智能邏輯電路控制驅(qū)動，具有節(jié)能降耗、啟動平穩(wěn)、無極調(diào)速、啟動力矩大等特點(diǎn)，得到廣泛的認(rèn)可及應(yīng)用。但斬波電氣元件由集成電路板構(gòu)成，不易拆裝、檢測、判斷，給檢修工作帶來一定的困難。北洺河鐵礦井下運(yùn)輸使用的架線式斬波調(diào)速電機(jī)車，自2009 年改裝應(yīng)用至今已經(jīng)10 年，該電機(jī)車型號CJZ14/9GB，額定電壓DC 550 V，粘重14 t，軌距900 mm。年原礦運(yùn)輸量230 萬噸。闡述斬波調(diào)速斬波電氣故障簡易快速判斷方法。

1 斬波調(diào)速控制原理

CJZ14/9GB 型電機(jī)車，斬波調(diào)速系統(tǒng)主要由雙主電機(jī)、司機(jī)控制器、平波電抗器、制動電阻、斬波主機(jī)箱等組成。如圖1 所示。

圖1 電機(jī)車斬波控制系統(tǒng)

斬波調(diào)速電氣故障不好判斷原因如下：①斬波系統(tǒng)的元器件由集成電路板構(gòu)成，不易拆裝、檢測、判斷（不能隨意打開調(diào)整，出廠時(shí)已調(diào)整好）；②控制電壓在這些部件間多次變換，如圖2 所示，不易使用常用的拔掉插頭，用萬用表測量電壓的方法判斷。因一旦拔掉插頭，控制電壓回路就斷開，無法測量。

圖2 電機(jī)車斬波控制電壓

工作原理如圖2、3 所示.換向手柄置于向前或向后位置，換向觸點(diǎn)F1、F3 和F5、F7 閉合，司控器調(diào)速手柄置于接通位置（光電給定器SK8 閉合），DC 24 V 電壓輸出到主機(jī)箱驅(qū)動盒，±15 V、24 V 三個(gè)綠燈亮，并將DC 15 V 輸出到光電給定器；光電給定器將DC15 V 電壓變換成控制電壓ADJ（DC 0～4 V）輸出到斬波驅(qū)動盒（XZ150*2），斬波驅(qū)動盒控制VT1、VT2（IGBT）導(dǎo)通與關(guān)斷的時(shí)間比例，即可改變電機(jī)兩端的電壓平均值，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速；電機(jī)車由起步、慢速逐漸加速至全速運(yùn)轉(zhuǎn)（SK3、SK4 閉合）。來回轉(zhuǎn)動調(diào)速手柄（調(diào)速范圍之內(nèi)），光電給定器輸出電壓在（DC 0～4 V）之間線性變化，斬波驅(qū)動盒控制VT1、VT2（IGBT）導(dǎo)通與關(guān)斷的時(shí)間比例，直流電機(jī)的端電壓跟隨給定電壓大小線性變化，電機(jī)車實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)電流、電壓發(fā)生變化時(shí)，電流傳感器和電壓檢測元件檢測到相應(yīng)的信號，輸出到斬波驅(qū)動盒，控制VT1、VT2（IGBT）導(dǎo)通與關(guān)斷的時(shí)間比例，實(shí)現(xiàn)軟啟動、過流、欠壓等保護(hù)。

2 簡易快速判斷方法

2.1 檢修環(huán)境

處理斬波電氣故障，根據(jù)故障現(xiàn)象結(jié)合原理和以往維修經(jīng)驗(yàn)，初判故障部位為主機(jī)箱、控制電壓回路故障時(shí)，排除線路、觸點(diǎn)磨損、燒蝕、斷線、短路點(diǎn)等易觀察的故障點(diǎn)時(shí)，就要對電機(jī)車進(jìn)行通電檢測，需要一個(gè)工作環(huán)境，不能使電機(jī)車運(yùn)行中去處理判斷；也不能使電機(jī)車直接通電，使其隨時(shí)處于啟動運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)而處理。當(dāng)出現(xiàn)斬波電氣故障或者對斬波電氣系統(tǒng)進(jìn)行檢測時(shí)，由圖3 可知，司機(jī)控制器的接觸組SK2 觸點(diǎn)到換向觸點(diǎn)（F1、F2）之間的連線（俗稱3＃線）斷開一端，不論斬波調(diào)速系統(tǒng)處于什么工作狀態(tài)（啟動、運(yùn)行，可隨意轉(zhuǎn)動調(diào)速手柄），電機(jī)主回路始終處于開路狀態(tài)，電機(jī)不會啟動運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣就為通電處理斬波調(diào)速電氣故障提供了一個(gè)檢修環(huán)境，可帶電檢測斬波調(diào)速控制回路和主回路故障（也可拔掉IGBT 控制連線插頭，但驅(qū)動盒ER1/ER2 紅燈閃爍報(bào)警，IGBT 關(guān)斷，無法檢測IGBT；并存在SK3、SK4 閉合的隱患）。此時(shí)只能是檢測判斷，而不能檢修，要檢修必須在無電狀態(tài)并且斬波主機(jī)箱里邊的電容完全放電后才能檢修。

圖3 電機(jī)車電氣原理

2.2 面板指示燈顯示判斷法

司機(jī)控制器里邊的3＃線斷開一端。電機(jī)車主機(jī)箱里邊的+極端通過檢測燈（可用3 個(gè)AC220 V 白熾燈串接）與牽引線串聯(lián)，可預(yù)防電機(jī)車短路故障，假使有短路點(diǎn)，檢查燈將一直明亮，并可作為斬波主機(jī)箱電容充電情況的指示（由亮到不亮，充電完成），為安全起見，掛接牽引線時(shí)，要用絕緣桿。將換向手柄置于向前/向后位置，調(diào)速手柄置于接通位置（SK8 閉合），根據(jù)故障不同，查看各相應(yīng)面板紅綠指示燈通電后的顯示狀態(tài)，初判故障，如表1所示。故障點(diǎn)不同，采取相應(yīng)的處理措施，切記盲目更換部件。

2.3 通電檢測法

電機(jī)車通電（通過檢測燈），主機(jī)箱電容充電完成（檢測燈判斷）輔助電源燈指示正常，調(diào)速手柄處于接通位置（SK8 閉合），主機(jī)箱驅(qū)動盒+24 V、±15 V 三個(gè)綠色燈指示正常。調(diào)速手柄置于調(diào)速位置，ER1/ER2 紅色警示燈未閃爍，上述一切正常，用萬用表電壓檔測光電給定器ADJ（DC 0～4 V）的電壓跟隨調(diào)速手柄線性變化，正常；再測IGBT 的GE 端電壓（應(yīng)在DC 0～14 V之間）跟隨調(diào)速手柄（光電給定器ADJ 的DC 0～4 V）線性變化，正常。如不跟隨ADJ 線性變化，IGBT 故障或IGBT 控制連線板故障，更換IGBT 或控制連線板即可。通過以上檢查判斷，可基本排除電機(jī)車斬波調(diào)速控制系統(tǒng)故障，對于IGBT，在控制電壓正常情況下，還需檢測它的通斷情況，可用檢測燈在主機(jī)箱IGBT 的C 極端與牽引線串聯(lián)，看燈的明亮變化跟隨調(diào)速手柄線性變化，判斷IGBT 正常（不用測控制電壓，直接用檢測燈檢測更快捷）；電流傳感器極少出現(xiàn)故障（高于200 A 控制IGBT 關(guān)斷、低于200 A 恢復(fù)），只需檢測±15 V 電源電壓，IM1 輸出不高于4 V 即可。經(jīng)過以上檢測，裝機(jī)試車，電機(jī)車正常運(yùn)行。

表1 面板指示燈顯示狀態(tài)

3 典型故障分析

3.1 電機(jī)車時(shí)走時(shí)停

首先檢查司控器觸點(diǎn)、面板指示燈、IGBT 均正常。在移動斬波主機(jī)箱時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)斬波主機(jī)箱與電機(jī)車的連接地線端子燒焦松動，出現(xiàn)虛接，使得電機(jī)車主回路在電機(jī)車開動時(shí)，時(shí)斷時(shí)通。尤其是電機(jī)車在震動、過彎道時(shí)端子時(shí)接時(shí)斷，電機(jī)車時(shí)走時(shí)停。重新壓接端子，壓緊螺栓此故障消失。由于斬波主機(jī)箱接地螺栓易被忽視，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)往往向其他方向?qū)ふ遥鲆暫唵蔚墓收犀F(xiàn)象。

3.2 電機(jī)車不能調(diào)速

斷開3#連線，打開斬波主機(jī)箱蓋板，通電檢測，觀察各指示燈指示正常。光電給定器彈簧、凸輪均正常。轉(zhuǎn)動調(diào)速手柄，測ADJ（DC0～4 V）電壓變化，無跟隨調(diào)速手柄線性變化，±15 V 電壓正常，據(jù)此判斷光電給定器損壞、更換，電機(jī)車正常運(yùn)行。

3.3 電機(jī)車牽引力不足

司控器調(diào)速手柄置于可調(diào)范圍最高檔位置，電機(jī)車無力，尤其是過彎道、軌道稍微打滑處，更加明顯。電機(jī)車有可能是單電機(jī)工作。檢查司控器換向觸點(diǎn)、主電機(jī)及主回路正常。打開斬波主機(jī)箱蓋板、斷開司控器3#連線，通電檢測，轉(zhuǎn)動調(diào)速手柄，觀察各指示燈指示正常。用萬用表分別測2 個(gè)IGBT 的GE 端電壓跟隨ADJ 電壓線性變化情況，發(fā)現(xiàn)1 個(gè)正常；1 個(gè)沒有跟隨性、無指示。更換此IGBT 控制線，再次檢測正常，試機(jī)正常。這次故障是IGBT 控制連線板故障，斬波驅(qū)動盒的ER1/ER2 紅色指示燈應(yīng)閃爍，但這次無閃爍，是IGBT 控制連線板其它元件故障。

3.4 電機(jī)車無法起動

斷開司控器里邊的3#連線，打開斬波主機(jī)箱蓋板，通電檢測，轉(zhuǎn)動調(diào)速手柄。斬波主機(jī)箱驅(qū)動盒面板指示燈24 V 綠燈亮，而±15 V 綠燈閃爍。由指示燈顯示初判斬波驅(qū)動盒損壞，±15 V 輸出電壓不正常，更換斬波驅(qū)動盒，還是這個(gè)故障。再檢查司機(jī)控制器接線端子，無24 V 電源，而輔助電源正常，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，是24 V 電源地線虛接，感應(yīng)電壓造成24 V 電源指示燈正常而實(shí)際無24 V 電源，±15 V 綠燈閃爍，斬波驅(qū)動盒輸出控制IGBT 關(guān)斷。

3.5 電機(jī)車重車巷停機(jī)

電機(jī)車滿載運(yùn)行時(shí)，在重車巷停機(jī)。維修人員趕到時(shí)，檢測正常，并能正常運(yùn)行。當(dāng)滿載在重車巷運(yùn)行時(shí)又反復(fù)出現(xiàn)以上故障。經(jīng)分析判斷為斬波主機(jī)箱溫度傳感器損壞，電機(jī)車重載運(yùn)行一段時(shí)間，主機(jī)箱溫度升高，傳感器損壞，風(fēng)扇不工作，IGBT 關(guān)斷。電機(jī)車停機(jī)，更換傳感器，試機(jī)，電機(jī)車正常運(yùn)行。

4 結(jié)語

由以上原理、方法和實(shí)際故障分析，可知通過檢修環(huán)境，利用指示燈的指示狀態(tài)和帶電檢測方法，可快速準(zhǔn)確的判斷電機(jī)車斬波電氣故障，減少備件消耗，縮短故障檢修時(shí)間。并能對電機(jī)車斬波系統(tǒng)進(jìn)行測試，方便實(shí)用。