陳 磊

（江西銅業(yè)集團有限公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

在礦山采場中，運輸環(huán)節(jié)和開采環(huán)節(jié)同樣重要，它直接影響到礦山的生產進度，德興銅礦采礦場是一個特大型斑巖露天礦場，運輸環(huán)節(jié)最重要的組成部分就是電動輪汽車，其中730E電動輪汽車是現(xiàn)役運輸設備的主力之一，隨著生產任務逐年攀升，設備使用年限的不斷延長以及電氣元件的老化，電動輪汽車的電氣故障也出現(xiàn)得更加頻繁，尤其是主整流橋一旦出現(xiàn)故障就會導致設備切斷牽引無法運行，直接影響設備可開動率和降低生產作業(yè)量。在文中，梳理了日常處理的730E電動輪主整流橋故障，并做了一個系統(tǒng)的分析和總結，對日后類似故障的處理提供一個參考，節(jié)約維修時間，保證設備出動率。

2 730E電動輪汽車的電驅動系統(tǒng)概述

現(xiàn)役主力車型之一的730E電動輪汽車是由小松公司生產的配有康明斯K2000E發(fā)動機的交直制傳動方式的電動輪汽車，該電驅動系統(tǒng)主要由1臺三繞組交流主發(fā)電機GTA-22H、主整流橋、2臺直流輪馬達5GE788FS、GE電氣控制系統(tǒng)等構成。其配置文件參數(shù)如圖1所示。

由圖1我們可以看到：

（1）康明斯K2000E柴油發(fā)動機總馬力有2000hp，牽引馬力有1850hp，滿負荷轉速可達1900rpm；

圖1 730E配置文件圖

（2）輪馬達型號是5GE788FS，其輪邊速比為26.825∶1；

（3）主發(fā)電機型號是GTA-22H，其牽引電流限定值為3000A，牽引電壓限定值為1800V，制動電流限定值為1390A，制動勵磁電流限定值為375A。

在電動輪汽車牽引工況下，柴油發(fā)動機運轉帶動主發(fā)電機發(fā)出三相交流電，經過主整流橋整流成直流電，通過電纜供給用于驅動位于后輪的2臺GE788型直流輪轂電機788輪馬達，以及通過配有的靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的勵磁調節(jié)來實現(xiàn)恒功控制即主發(fā)電機的輸出功率要和發(fā)動機的負載能力相匹配，使電動輪汽車在牽引工況下的不同道路狀況保持恒定的功率，取得最大的工作效率［1］。因此電驅動系統(tǒng)的正常運行是電動輪汽車能可靠運行的關鍵，而作為電驅動系統(tǒng)組成部分的主整流橋的完好率對設備可開動率也有著極其重要的作用。

3 主整流橋電路簡單介紹

3.1 整流電路分類

整流電路是把交流電能轉換為直流電能的電路，其在電動輪汽車上的主要作用是將主發(fā)電機輸出的三相交流電轉換成127Hz單向脈動性直流電。整流橋實物圖如圖2所示。

從圖2我們可以看到，主整流橋主要由整流二極管、銅母線排、散熱片和外框架組成。

整流電路按組成器件分可分為不可控電路、半控電路、全控電路三種；按電路結構可分為零式電路和橋式電路兩種；按交流輸入相數(shù)可分為單相電路、三相電路和多相電路。在730E電動輪上用的主整流橋是三相橋式不可控整流電路，由6個整流二極管組成，整流二極管根據(jù)其正向特性要正極電位高于負極才導通，正極電位低于負極則截止［2］。

圖2 主整流橋實物圖

3.2 730E所用主整流橋電路原理分析及二極管選型

730E車上所用主整流橋電氣原理圖如圖3所示。

圖3 主整流橋電氣原理圖

三相交流電電壓波形圖如圖4所示。

圖4 三相交流電電壓波形圖

對三相橋式整流電路分析如下：

從圖4可以看出，三相電電壓UA、UB、UC彼此相位相差120度，所以在同一個時刻三相電的電位正負是不相等的。用U2表示最大相電壓的有效值，結合整流二極管的工作原理我們可以知道，整流電流是由三相電中最高電位的那相電路連接的二極管流出，流經負載再從電位最低那相電路連接的二極管回到該相電源［3］。如圖4中：ωt=0o時，，在 ωt在 0～30 度之間，UC電位最高，UB電位最低，結合圖3，可知在這段周期始終是DC1、DB2兩只二極管導通，所以在這段周期內電流始終是由UC流經整流二極管DC1從DB2流回該相交流電源UB；ωt在30～90度周期之間，UA電位最高，UB電位最低，在這段周期始終是DA1、DB2兩只二極管導通，所以在這段周期內電流始終是由UA流經整流二極管DA1從DB2流回該相交流電源UB；ωt在90～150度周期之間，UA電位最高，UC電位最低，在這段周期始終是DA1、DC2兩只二極管導通，所以在這段周期內電流始終是由UA流經整流二極管DA1從DC2流回該相交流電源UC；以此類推，ωt在150～210度周期始終是DB1、DC2兩只二極管導通；ωt在210～270度周期始終是DB1、DA2兩只二極管導通；ωt在270～330度周期始終是DC1、DA2兩只二極管導通；ωt在330～360度周期始終是DC1、DB2兩只二極管導通；總之每一時刻電路中正極電位最高的一只二極管導通，再經負極電位最低的二極管流回對應相電源。

由以上分析可得：該整流電路每刻都是兩兩二極管串聯(lián)導通，其電流和負載的電流是相同的，在一個完整周期內，每個二極管只有1/3的時間導通，經過每個二極管的正向平均電流是經過負載總電流的1/3，所以在選擇二極管時其最大整流電流應為一個完整周期內負載總電流的1/3，通過每個二極管電流平均值ID=Ifz/3。主發(fā)電機最大輸出電壓有效值每個二極管承受的最高反向電壓

在730E電動輪汽車上，我們選用的整流二極管如圖5所示。

730E電動輪汽車主發(fā)電機GTA-22H的開口電壓為1800V，每個二極管承受的最高反向電壓短路電流為3000A，通過每個二極管電流平均值ID=Ifz/3=1000A。從圖5中可以得知所選用整流二極管最大整流電流為1550A，最大反向擊穿電壓為4200V，現(xiàn)代半導體工業(yè)的迅猛發(fā)展，高耐壓值和低耐壓值的同類型二極管價格都不會相差很大，在實際應用當中我們都會留有一定的余量，所以所選用的整流二極管型號是合理的。

圖5 所選用整流二極管實物圖

4 主整流橋故障分析及有效措施

4.1 主整流橋在730E電動輪上故障分析

在730E電動輪汽車上，主整流橋發(fā)生故障一般報45#故障代碼，主要為整流二極管故障，而整流二極管故障從二極管本身分析主要有擊穿、斷路和性能不穩(wěn)定，結合以往實際情況分析導致整流二極管發(fā)生故障主要有如下原因：

（1）運行條件和工作環(huán)境惡劣。如在采區(qū)運輸?shù)缆菲戮嚅L使得發(fā)動機長期處于高負荷運行，使得整流二極管長期處于大電流的工作環(huán)境，從而被燒毀或加速老化從而造成整流二極管過早的擊穿損壞；還有運輸路況較差，造成發(fā)動機負荷不穩(wěn)定，引起主發(fā)電機三相輸出不穩(wěn)定，使得整流二極管工作電壓忽高忽低，這樣也會加速二極管的老化和損壞。

（2）維修、操作不當。當因一些別的故障導致45#故障發(fā)生，但未引起維修、操作人員的重視，在沒有查明故障原因情況下，復位后繼續(xù)運行車輛從而損壞二極管。

（3）保養(yǎng)維護周期沒有及時調整。采區(qū)（導電）粉塵較大，特別是天氣干燥季節(jié)，主整流橋堆積粉塵快，未及時清理堆積在散熱片上的粉塵，導致散熱不佳加速二極管老化或整流二極管短路。

（4）整流二極管安裝質量不過關。安裝整流二極管時沒有保證二極管與母線排的良好接觸；安裝整流二極管壓緊螺栓時沒有按技術要求緊固螺栓。

（5）氣候環(huán)境惡劣。在高溫天氣，溫度過高加上散熱不佳會使整流二極管反向漏電流增加，影響整流二極管的工作可靠性。

（6）冷卻風量不夠。風管吸入雜物堵塞或者風管破損導致風量不夠，導致整流二極管散熱不佳，長期工作就會導致性能降低而擊穿［5］。

跟蹤2017年全年730E車型主整流橋故障：一共發(fā)生16起。其中發(fā)生在南排重車爬坡途中12起，占75%，分析原因大部分是因為二極管老化而未及時更換，加上由于礦山開采的積累，采區(qū)作業(yè)面不斷下探，排土場不斷上升，運輸坡道也不斷加長，所以整流二極管處在一個長期大電流環(huán)境下，特別容易被擊穿；1起因發(fā)電機靜態(tài)勵磁器故障引發(fā)主整流二極管損壞；1起因散熱片被泥巴糊住導致主整流二極管損壞；2起因主整流二極管使用壽命已到。

綜上所述，可知730E電動輪汽車上主整流橋故障主要是因為二極管老化，使用年限長，再加上長期在高電壓、大電流環(huán)境下工作引起的。

4.2 整流二極管測量方法

測量主整流橋二極管方法如下：測試前，先將主整流橋與外部電纜連接斷開。用紅表筆接一側a，黑表筆接另一側A，若整流二極管正向導通，則將表筆反接，紅表筆接A，黑表筆接a，看該二極管是否導通，如果導通且電阻值為0則證明二極管被擊穿，如果兩邊均不導通則二極管開路；測量其電壓值時如果電壓忽高忽低變化，說明二極管穩(wěn)定性變差。將測試出有問題的整流二極管立即進行更換［6］。

4.3 針對整流橋故障頻發(fā)采取措施

針對主要的問題，采取了如下改進措施：

（1）在200h保養(yǎng)時針對性地對主整流橋、濾波盤及通風管檢修及清灰；

（2）計劃性地在1個月內對所有車檢查主整流二極管狀況，對狀況差的進行更換；

（3）更換整流二極管時，換上的二極管要與該橋臂未換二極管正、反向特性一致，管芯壓降相等或相差不大于0.02 V；

（4）更換整流二極管前清洗母線與二極管的接觸面；安裝二極管時，二極管壓緊螺栓交替緊固，最后按要求上緊螺栓扭矩。

嚴格執(zhí)行以上措施后，從2018年伊始至今，僅發(fā)生2起主整流橋故障，統(tǒng)計分析2018年主整流橋故障率較去年足足降低了87.5%，大大提升了電動輪汽車可開動率，滿足了安全生產需求。

5 結語

綜上所述，我們對主整流系統(tǒng)有了一定的了解。隨著設備使用年限長，采區(qū)作業(yè)面到排土場坡道的延長，隨著新設備的投入電機容量不斷增大，對整流橋的要求和整流二極管的要求也會更高，只要我們加強對主整流橋及相關元器件的日常維護，此類故障也會大大減少，從而大大提高電動輪可開動率，為安全生產貢獻出自己的一份力量。同時，希望也能給同行們提供一些有用的借鑒意義。