礦用蓄電池電機車斬波調速系統簡介及應用

王曉龍

（青海金瑞礦業發展股份有限公司海塔爾礦,青海 剛察 812300）

0 前言

電機車控制器大致經歷了電阻凸輪調速、可控硅斬波調速以及IGBT為核心技術的ZBT智能調速三個階段。ZBT智能調速司控器，從根本上解決了原電阻調速司控器耗電量大，機械磨損快、啟動沖擊大、維修量大的弊端，大大提高了機車的牽引力和運行速度，強化了機車的保護功能，使機車變得安全平穩可靠。ZBT新一代智能調速司控器是電阻調速司控器的升級換代升級產品，是目前國內最先進的礦用電機車調速司控器，也是電機車調速司控器中較理想的產品。

1 ZBT礦用隔爆型斬波司控器的功能概述

該調速器是專為防爆特殊型蓄電池電機車設計、開發的新一代無極調速裝置，IGBT為主要功率開關元件。電路采用先進的控制技術，從根本上解決了原電阻調速機車帶來的耗電量大、起動沖擊、電器元件損壞多、機械磨損大等一系列弊病，此技術給礦山機車運輸帶來一個飛躍，使運行中更安全可靠、并增添了較大的經濟效益。

2 ZBT礦用隔爆型斬波司控器的特點及優點

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

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

（3）牽引力大，速度快：牽引力比電阻調速提高20%，速度提高30%；

（4）主要部件采用模塊化結構設計，基本不需要維護，大大提高機車出勤率；

（5）電壓影響范圍寬；

（6）安全可靠，起動平穩無沖擊，人員安全，性能可靠。

3 ZBT礦用隔爆型斬波司控器的結構

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

（2）斬波器由IGBT、續流二極管、儲能電容、無感電容、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壁上，通過防爆外殼傳熱。

（3）互鎖開關安裝在主、副控制箱內。

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

4 斬波調速的工作原理

斬波調速器采用了IGBT絕緣柵雙極型晶體管電路， IGBT 的開關作用是通過加正向柵極電壓形成溝道，給PNP 晶體管提供基極電流，使IGBT 導通。反之，加反向門極電壓消除溝道，切斷基極電流，使IGBT 關斷。從而改變電動機的轉速，實現電機車調速的目的。IGBT絕緣柵雙極型晶體管，是由雙極型三極管和絕緣柵型場效應管組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件, 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優點。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅動電流較大；MOSFET驅動功率很小，開關速度快，但導通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優點，驅動功率小而飽和壓降低。非常適合應用于礦用機車調速系統。

斬波調速器，實現了機車的無極調速，從起動到全速均能平穩銜接，能有效保護電機車的傳動系統，可根據實際情況控制機車運行速度，且牽引力比電阻調速時大，工作效率高。

5 海塔爾礦機車斬波調速改造后與與電阻調速系統的比較

改造前，該礦電機車均采用電阻調速控制系統，其起動和減速時，一部分電能通過電機轉換為機械能，另一部分電能則通過電阻轉換為熱能，它起動電流大，耗能高，對主電機沖擊較大。調速系統為五級切電阻調速，沖擊大，運行不平穩，操作程序繁瑣，并且機車不能長期在帶電阻位置運行，觸頭和滅弧罩損壞率高，，嚴重影響機車出勤率，且維修量較大。

采用斬波調速器改造后，機車起動電流相當小，因而對主電機的沖擊也小，。此調速器為無級調速，機車運行平穩可靠，并且調速通過IGBT完成，取代了電阻調速系統的觸指系統，使維修量大幅下降，并且增加了電氣制動功能。

6 斬波調速改造機車在日常使用中常見故障處理及注意事項

（1）在日常使用中如出現司控器不調速的情況，一般是由以下幾種原因造成：1）IGBT損壞或控制驅動盒損壞，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）無給定電壓，檢查給定器是否故障；5）霍爾速度給定器內微動開關損壞，更換微動開關。

（2）能調速但速度慢，一般由以下原因造成：1）機車制動系統故障，檢查剎車系統；2）機車運輸量過大，減輕負載；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）機車起動就失控，一般由以下兩種原因造成：1）IGBT被擊穿，更換IGBT；2）控制驅動盒部分損壞，更換控制驅動盒。

（4）調速手柄剛扳動就燒毀插銷連接器保險:1）電機短路，檢查維修電機；2）電源正負極短路，檢查電源線路。

（5）日常使用注意事項

1）定期對斬波司控器內部進行除塵、保養，以延長各部件的使用壽命。

2）經常檢查外殼的防爆結合面間隙、長度、粗糙度、電纜引入裝置是否符合要求，杜絕失爆現象。

3）定期用500V兆歐表檢測絕緣電阻，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）機車運行時，最大限度使用全壓運行，這樣既能達到節能的目的又能延長斬波司控器的使用壽命。

5）每次機車維護時，認真檢查IGBT的安裝情況是否符合要求。

6）機車運行中，如果發現司控器溫度過高，需停機待溫度下降后在運行。

7）當搬動調速手柄，機車不運行，嚴禁繼續搬動調速手柄，以免損壞電機或傳動齒輪。

8）司控器檢修時，必須將調速手柄扳至全速位，使儲能電容放電后，方可進行。

9）機車停機長時間未使用，需再次使用時，應輕負載試車，一切正常后，方可運行。

7 存在問題

通過使用發現，該裝置還存在以下問題，需要改進，一是IGBT斬波器容易損壞，主要原因是IGBT保護功能不齊全，IGBT出現故障后，電機車失去調速功能，在實際使用中存在危險因素，請生產廠家設計靈敏可靠的保護回路；二是開關電源和限流板容易燒毀，請設計保護功能，由于開關電源和限流板屬于斬波司控器的主要元件，更換費用高，對使用單位造成不必要的經濟損失。三、電氣制動采用換向手柄反向制動，制動沖擊大，不平穩，希望廠家予以改進。

綜上所述ZBT斬波調速器在蓄電池式礦用電機車上的應用效果良好，對降低機車維修率，提高機車出勤率，保證礦井生產安全性效果明顯，故項技術值得推廣和應用。

[1]陳維鍵.《礦山運輸與提升設備》[M].北京，煤炭工業出版社，1995.

[2]中國礦業大學主編.《礦山運輸機械》[M].北京，煤炭工業出版社，2007.

[3]《煤礦機電》多期雜志[J].