矿用蓄电池电机车斩波调速系统简介及应用

王晓龙

（青海金瑞矿业发展股份有限公司海塔尔矿,青海 刚察 812300）

0 前言

电机车控制器大致经历了电阻凸轮调速、可控硅斩波调速以及IGBT为核心技术的ZBT智能调速三个阶段。ZBT智能调速司控器，从根本上解决了原电阻调速司控器耗电量大，机械磨损快、启动冲击大、维修量大的弊端，大大提高了机车的牵引力和运行速度，强化了机车的保护功能，使机车变得安全平稳可靠。ZBT新一代智能调速司控器是电阻调速司控器的升级换代升级产品，是目前国内最先进的矿用电机车调速司控器，也是电机车调速司控器中较理想的产品。

1 ZBT矿用隔爆型斩波司控器的功能概述

该调速器是专为防爆特殊型蓄电池电机车设计、开发的新一代无极调速装置，IGBT为主要功率开关元件。电路采用先进的控制技术，从根本上解决了原电阻调速机车带来的耗电量大、起动冲击、电器元件损坏多、机械磨损大等一系列弊病，此技术给矿山机车运输带来一个飞跃，使运行中更安全可靠、并增添了较大的经济效益。

2 ZBT矿用隔爆型斩波司控器的特点及优点

（1）此斩波司控器采用全数字智能控制，主芯片为DSP，保护功能强大，可接受傻瓜式操作；

（2）采用绝缘栅双极晶体管斩波，牵引和制动均为斩波控制，可节约电能30%以上；

（3）牵引力大，速度快：牵引力比电阻调速提高20%，速度提高30%；

（4）主要部件采用模块化结构设计，基本不需要维护，大大提高机车出勤率；

（5）电压影响范围宽；

（6）安全可靠，起动平稳无冲击，人员安全，性能可靠。

3 ZBT矿用隔爆型斩波司控器的结构

（1）调速器由换向开关、斩波器、照明开关电路、喇叭按钮和电压显示几部分组成。

（2）斩波器由IGBT、续流二极管、储能电容、无感电容、霍尔电流传感器及控制脉冲电路等组成。所有元件安装在铝散热板上，再将散热铝板用螺钉固定在防爆外壳的内壁上，通过防爆外壳传热。

（3）互锁开关安装在主、副控制箱内。

（4）照明开关安装在控制箱面板上，有“0”位、“前灯”、“后灯”三个工作状态，完成前白灯、后红灯或前红灯、后白灯的操作功能。

4 斩波调速的工作原理

斩波调速器采用了IGBT绝缘栅双极型晶体管电路， IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP 晶体管提供基极电流，使IGBT 导通。反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使IGBT 关断。从而改变电动机的转速，实现电机车调速的目的。IGBT绝缘栅双极型晶体管，是由双极型三极管和绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于矿用机车调速系统。

斩波调速器，实现了机车的无极调速，从起动到全速均能平稳衔接，能有效保护电机车的传动系统，可根据实际情况控制机车运行速度，且牵引力比电阻调速时大，工作效率高。

5 海塔尔矿机车斩波调速改造后与与电阻调速系统的比较

改造前，该矿电机车均采用电阻调速控制系统，其起动和减速时，一部分电能通过电机转换为机械能，另一部分电能则通过电阻转换为热能，它起动电流大，耗能高，对主电机冲击较大。调速系统为五级切电阻调速，冲击大，运行不平稳，操作程序繁琐，并且机车不能长期在带电阻位置运行，触头和灭弧罩损坏率高，，严重影响机车出勤率，且维修量较大。

采用斩波调速器改造后，机车起动电流相当小，因而对主电机的冲击也小，。此调速器为无级调速，机车运行平稳可靠，并且调速通过IGBT完成，取代了电阻调速系统的触指系统，使维修量大幅下降，并且增加了电气制动功能。

6 斩波调速改造机车在日常使用中常见故障处理及注意事项

（1）在日常使用中如出现司控器不调速的情况，一般是由以下几种原因造成：1）IGBT损坏或控制驱动盒损坏，需更换以上配件；2）主电源未接通，将换向手柄扳向零位；3）换向轴触指接触不良，更换触头；4）无给定电压，检查给定器是否故障；5）霍尔速度给定器内微动开关损坏，更换微动开关。

（2）能调速但速度慢，一般由以下原因造成：1）机车制动系统故障，检查刹车系统；2）机车运输量过大，减轻负载；3）给定电压低于4v，更换霍尔速度给定器；4）电源装置电压低，更换备用电源装置或立即充电。

（3）机车起动就失控，一般由以下两种原因造成：1）IGBT被击穿，更换IGBT；2）控制驱动盒部分损坏，更换控制驱动盒。

（4）调速手柄刚扳动就烧毁插销连接器保险:1）电机短路，检查维修电机；2）电源正负极短路，检查电源线路。

（5）日常使用注意事项

1）定期对斩波司控器内部进行除尘、保养，以延长各部件的使用寿命。

2）经常检查外壳的防爆结合面间隙、长度、粗糙度、电缆引入装置是否符合要求，杜绝失爆现象。

3）定期用500V兆欧表检测绝缘电阻，带电回路与地之间，各回路之间的绝缘电阻为大于等于20兆欧。

4）机车运行时，最大限度使用全压运行，这样既能达到节能的目的又能延长斩波司控器的使用寿命。

5）每次机车维护时，认真检查IGBT的安装情况是否符合要求。

6）机车运行中，如果发现司控器温度过高，需停机待温度下降后在运行。

7）当搬动调速手柄，机车不运行，严禁继续搬动调速手柄，以免损坏电机或传动齿轮。

8）司控器检修时，必须将调速手柄扳至全速位，使储能电容放电后，方可进行。

9）机车停机长时间未使用，需再次使用时，应轻负载试车，一切正常后，方可运行。

7 存在问题

通过使用发现，该装置还存在以下问题，需要改进，一是IGBT斩波器容易损坏，主要原因是IGBT保护功能不齐全，IGBT出现故障后，电机车失去调速功能，在实际使用中存在危险因素，请生产厂家设计灵敏可靠的保护回路；二是开关电源和限流板容易烧毁，请设计保护功能，由于开关电源和限流板属于斩波司控器的主要元件，更换费用高，对使用单位造成不必要的经济损失。三、电气制动采用换向手柄反向制动，制动冲击大，不平稳，希望厂家予以改进。

综上所述ZBT斩波调速器在蓄电池式矿用电机车上的应用效果良好，对降低机车维修率，提高机车出勤率，保证矿井生产安全性效果明显，故项技术值得推广和应用。

[1]陈维键.《矿山运输与提升设备》[M].北京，煤炭工业出版社，1995.

[2]中国矿业大学主编.《矿山运输机械》[M].北京，煤炭工业出版社，2007.

[3]《煤矿机电》多期杂志[J].