論煤礦用電機車斬波調速改造

摘 要：隨著社會的不斷進步與電子技術的快速發展，涌現出了斬波調速系統，其具有能耗制動功能，不僅有效解決了煤礦用電機車耗電量大、維修量大、維修費用高等諸多的問題，而且，還避免了可控硅脈沖調速電控的無電氣制動、無過流保護以及維修困難等缺陷。本文首先對斬波調速系統的優點及特性進行了論述，其次，分析研究了煤礦用電機車的斬波調速改造措施。

關鍵詞：電機車；斬波調速；優點；特性；改造措施

引言

當前，隨著煤礦的不斷發展以及節能意識的樹立，實際中所使用的電機車潛在的缺陷越發的明顯，電阻不僅能耗大，浪費了大量的能源，而且，機械傳動過程中無法進行軟起動，機車運轉時，控制器帶負荷切換，致使觸頭需要承受巨大的沖擊電流，經常有短路燒損的情況發生，使得材料的實際消耗量越來越大，維修難度大，所以，應盡快采用新的有效技術——斬波調速系統來改變上述情況。

1 系統原理及性能特點

斬波調速系統結構基本由司控器、主機箱及平波電抗器三部分組成。它以隔離門極功率晶體管IGBT為主要功率開關元件，電路上采用最新的電力電子器件及控制技術，無級調節直流電機端電壓，控制牽引電機的速度。

IGBT斬波調速的工作原理[1]：

如圖所示，斬波器IGBT高壓大功率開關器件采用脈寬調制（PWM）方法，當驅動脈沖為高電平（+15V）時，器件導通，反之低電平（0V或-15V）時關斷。IGBT串聯在“串激式”牽引電機電路內，當IBGT導通時，電機電流線性上升；當IGBT關斷時，電機電流通過續流二極管形成回路，電流線性下降。由于開關頻率高，實際電機的電流等效為直流電流，通過改變IBGT的導通與關斷的比例，即可改變電機兩端的電壓平均值，從而改變電機的轉速，實現機車調速的目的。由于TGBT工作在開關狀態，導通關斷時損耗很小，故調速狀態下節能效果顯著。

斬波器的各種保護功能（軟起動、欠壓、過壓、過流）亦通過IGBT導通與關斷的比例來實現。

2 斬波調速系統的優點及特性

2.1 具有較好的安全可靠性

首先是能耗制動；主要指的是當電機在主回路斷電后，以轉換操作控制方式為主，將電機轉變為勵磁電機和發電機，把發動機實際中所散發的能量利用勵磁電機與制動電阻進行一定的消耗，采用這樣的制動方式，在節省了能源的同時，還大大提高了機車行車的安全性，制動效果極為明顯。其次是具有無極調速、運行穩定、起動力矩大等特點，有效防止了機車掉道問題的出現。另外是有著較好的功率元件損壞保護功能，避免了由于功率元件發生損壞失控情況而導致機車安全性降低。再有，實際操作十分的簡便，不費時也不費力。

2.2 具有較高的節能功效

第一，通過無極調速方式，操作人員能夠結合具體需求對速度進行及時有效的控制，同時，具有較大的牽引力，可以拉更多的負載，工作效率顯著。第二，使用較低的導通壓降的功率元件后，節能效果俱佳。

2.3 具有齊全的保護功能

首先是延時軟起動保護，從起動到全速過程中都可以極其穩定的渡過，使得電機與機車機械系統得到了較好的保護。其次是具有起動操作順序保護，倘若實際中的操作順序錯誤，那么，機車就起動不了，避免了操作人員錯誤操作行為的發生；另外是具有過壓、欠壓保護功能；有效防止了由于電壓啟動電機過高或者過低而導致電機嚴重損害情況發生；第四，具有電流保護功能；通過電流傳感技術，對電機電流變化進行了實時的跟蹤與檢測。如果實際中因為機車超載或者機車發生故障而造成電流不斷提升，那么，電流保護電路動作，及時的降低機車的速度，對電機與機械系統予以了有效的保護。第五，具有電源防反接保護功能；若有蓄電池極性接反的情況，調速箱就會停止不動，對功率元件進行了保護，避免其遭到損壞。第六，具有溫度保護功能；如果斬波器運行溫度與設置值一樣，那么，就會保護電路動作，防止了功率元件損壞情況的發生。

3 煤礦用電機車的斬波調速改造措施

3.1 對司機控制器的改造

應將司機控制器的全部觸頭都改成無負荷通斷，以確保觸頭實際使用壽命的進一步延長。如果它的控制手柄處于零位，那么，控制電路不發脈沖，主機不會運行，唯有當控制手柄處于工作位置上方可與主機箱電源進行相接，主機才會正常有序的運轉，這樣，就防止了司機錯誤操作行為的發生。司機控制器進行改造后，其的位置保持不變，依舊在之前所處的位置上。經過改造，其的體積縮小了三分之一，為司機提供了充足的操作空間。

3.2 合理的增設主機箱

應在機車尾部處進行主機箱的增設，主機主要是通過五個組件模塊組合而成，在核心模塊上安裝有指示燈，能夠及時準確的判斷電路工作的正常與否，同時，這幾個模塊還可以進行單獨拆卸，為維修提供了便利。通過兩套相對獨立的IGBT構成斬波器，各自負責一個電機，利用司機控制器能夠實施雙電機、單電機的前進與后退，有利于司機按照實際負載和單電路故障進行切換運轉可在主機箱上安裝鋁合金型材散熱器，增設兩個風扇強制風冷，對于整個導電部件，應留有一定的爬電距離，在母線上設鍍鉛錫合金，不僅有效防止了銹蝕的出現，同時，還使得主機箱實現了防淋和防水濺的結構。

3.3 操作性與安全性能

實踐證明，通過斬波調速系統進行改造的電機車具有較高的操縱性，牽引列車啟動較好，實際運轉速度穩定，沒有沖擊情況的發生，能夠及時減速，和之前的電阻調速控制系統相比，其的安全制動距離縮短近百分之十五，安全系數極高，操作簡便。

3.4 采用斬波能耗制動

制動電阻部分利用原調速電阻的1/3采用斬波能耗制動，通過司機控制器切換。控制斬波器進入能耗制動，司機可根據需要控制制動電流的大小，使之機車制動平穩、迅速，機械磨損小。

3.5 經濟性

從運行時間上來看，IGBT斬波調速系統電機車要比電阻調速控制系統同型號電機車省電百分之三十，從產量上來看，省電百分之二十六。由此可見，采用IGBT斬波調速系統電機車，不僅具有操作簡便，增強了電機車安全有效的運轉，而且電機車運行過程中的電能消耗大大降低，節省了煤礦噸煤電耗費用，企業實現了經濟效益與社會效益最大化。

4 結束語

綜上所述可知，當前，電機車的斬波調速改造，實現了電機車的平穩起動、降低能耗、無級調速，同時也降低了電機車的維修成本，給煤礦的生產、運輸帶來較大的經濟效益和社會效益，具有很高的使用和推廣價值斬波調速技術除了在煤礦用電機車中得到了廣泛的應用之外，也普遍應用于礦井的風機或者水泵等諸多的機械設備中，具有較為廣闊的市場發展前景。

參考文獻

[1]李成鎖，劉大乾，辛樂仁.礦用電機車的斬波調速改造[J].煤礦機電，2006（3）.

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[3]李維亞.蓄電池電機車交流變頻調速系統的研究[D].合肥：安徽理工大學，2007.

[4]蔣磊.內反饋斬波調速技術在引風機中的應用[J].企業技術開發，2011（15）.

[5]王戰海，蔣能斌.變頻和高頻斬波調速技術的能效分析對比[A].水泥工業節電和變頻技術研討會論文集[C]，2011.