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(wěn)可靠。ZBT新一代智能調(diào)速司控器是電阻調(diào)速司控器的升級換代升級產(chǎn)品，是目前國內(nèi)最先進的礦用電機車調(diào)速司控器，也是電機車調(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車設(shè)計、開發(fā)的新一代無極調(diào)速裝置，IGBT為主要功率開關(guān)元件。電路采用先進的控制技術(shù)，從根本上解決了原電阻調(diào)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(shù)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(jīng)濟效益。

2 ZBT礦用隔爆型斬波司控器的特點及優(yōu)點

（1）此斬波司控器采用全數(shù)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(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，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(wěn)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(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(nèi)壁上，通過防爆外殼傳熱。

（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。從而改變電動機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)電機車調(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效應(yīng)管組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(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。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動電流較大；MOSFET驅(qū)動功率很小，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，驅(qū)動功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于礦用機車調(diào)速系統(tǒng)。

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

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

改造前，該礦電機車均采用電阻調(diào)速控制系統(tǒng)，其起動和減速時，一部分電能通過電機轉(zhuǎn)換為機械能，另一部分電能則通過電阻轉(zhuǎn)換為熱能，它起動電流大，耗能高，對主電機沖擊較大。調(diào)速系統(tǒng)為五級切電阻調(diào)速，沖擊大，運行不平穩(wěn)，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(yán)重影響機車出勤率，且維修量較大。

采用斬波調(diào)速器改造后，機車起動電流相當(dāng)小，因而對主電機的沖擊也小，。此調(diào)速器為無級調(diào)速，機車運行平穩(wěn)可靠，并且調(diào)速通過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功能。

6 斬波調(diào)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(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(nèi)微動開關(guān)損壞，更換微動開關(guān)。

（2）能調(diào)速但速度慢，一般由以下原因造成：1）機車制動系統(tǒng)故障，檢查剎車系統(tǒng)；2）機車運輸量過大，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(qū)動盒部分損壞，更換控制驅(qū)動盒。

（4）調(diào)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(fù)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(nèi)部進行除塵、保養(yǎng)，以延長各部件的使用壽命。

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(dá)到節(jié)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(rèn)真檢查IGBT的安裝情況是否符合要求。

6）機車運行中，如果發(fā)現(xiàn)司控器溫度過高，需停機待溫度下降后在運行。

7）當(dāng)搬動調(diào)速手柄，機車不運行，嚴(yán)禁繼續(xù)搬動調(diào)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(diào)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(yīng)輕負(fù)載試車，一切正常后，方可運行。

7 存在問題

通過使用發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)故障后，電機車失去調(diào)速功能，在實際使用中存在危險因素，請生產(chǎn)廠家設(shè)計靈敏可靠的保護回路；二是開關(guān)電源和限流板容易燒毀，請設(shè)計保護功能，由于開關(guān)電源和限流板屬于斬波司控器的主要元件，更換費用高，對使用單位造成不必要的經(jīng)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(wěn)，希望廠家予以改進。

綜上所述ZBT斬波調(diào)速器在蓄電池式礦用電機車上的應(yīng)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(chǎn)安全性效果明顯，故項技術(shù)值得推廣和應(yīng)用。

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

[2]中國礦業(yè)大學(xué)主編.《礦山運輸機械》[M].北京，煤炭工業(yè)出版社，2007.

[3]《煤礦機電》多期雜志[J].