矿用直流斩波调速器介绍

矿用直流斩波调速器介绍

由于焦煤集团现阶段多采用斩波调速电机车，故下面针对这种调速方式再作一个专门介绍。

一、简介

矿用直流斩波调速器适用于窄轨工矿电机车的直流电机实现启动、调速的配套产品。本产品在过去可控硅脉冲调速基础上改进、发展而来，斩波器功率管采用比可控硅元件性能更好的进口IGBT绝缘栅双极型大功率晶体管元件，它是世界上最优秀的电力电子功率开关元器件，具有性能佳、开关频率高、驱动功率小、开断可靠、容量大、性能稳定等优点。因此，采用IGBT斩波调速方案的机车具有无级调速、启动平稳、启动力矩大、保护功能全等特点。

新型的IGBT模块内部都设有过电流限制电路，能很好的保护机车电机和相关电器。斩波调速机车能在波动大的直流电网正常运行，输入电压允许在+20%至-30%的范围内波动；矿用架线式机车调速器还具有电制动的挡位。可以在很大程度上减少使用机车手制动的次数，使闸瓦片的磨损降低，减少维修量。

传统的电阻调速是通过改变启动电阻的阻值来调节电机电压，调速过程中启动电阻会大量发热损耗大量电能；而IGBT斩波调速是通过改变IGBT导通和关断时间的比值调节电机平均电压，调速过程中能量损耗极小。所以在同等工况下斩波调速机车比电阻调速机车节能30%以上。

二、斩波调速器的组成：

该调速器分蓄电池机车用调速器和架线式机车用调速器。蓄电池机车用调速器由外壳、司机控制器、斩波主机组成，斩波主机包括控制驱动盒、光电给定器、IGBT模块（采用进口元器件）、DC/DC辅助开关电源模块、滤波电容共五部分。架线式机车用调速器由司机控制器、斩波主机箱、平波电抗器及制动电阻器四大部分组成。每台我公司出产的斩波调速器都印有“韶力牌”标志，谨防假冒产品。

IGBT是由场效应晶体管与大功率晶体管相结合的全控功率开关元件，其开关频率高，驱动功率小，当栅极施加+15V时，器件即导通，施加0或-15V时，器件即关断。

控制驱动盒为斩波调速器的核心部分，由波形发生器、脉宽调制器、给定跟随器、过流放大器、脉冲渐宽电路组成，实现欠压保护、过压保护及IGBT的驱动等功能。

光电给定器通过调速手柄主轴凸轮联动，当调速手柄进入牵引位时，接通控制驱动盒24V工作电源，通过调节光电给定器操纵件角度变化，输出0～4V给定电压，实现机车无级调速功能。

辅助开关电源模块将输入电压转换成24V直流电，为控制驱动盒等提供24V稳定工作电源。

三、工作原理：

在电源与电机之间接入一个IGBT斩波调速器，它像通断极快的高速开关，通过改变导通和关断时间的长短的比值即占空比，来改变电机端平均电压值，以达到调速的目的。

四、操作规程：

观察机车周围，无障碍及轨道信号灯允许通行的情况下，发出行车指令。

确定行车方向，移动司机控制箱反向手柄，反向手柄共有三个工作位，即“0”位、“向前”位、“向后”位，由于主回路未接通，操作反向手柄时触点是不带电转换的，为了做到无弧转换，主手柄与反向手柄之间设有机械联锁。

将反向手柄置于“向前”位或者“向后”位，同时松开闸瓦，准备启动机车。

司机操作主手柄由“0”位移至“合闸”位（约转动到30°）。

继续操作主手柄由“合闸”位移至“调节”位（约40°），待三秒后继续操作。

操作主手柄由“调节”位继续向前移动时（40°至于120°之间）机车处于调压位

运行，主手柄驱动光电给定器光盘移动，即可改变V

T1、V

T2

的导通脉宽，司机控制箱输

出电压（即加在电动机上的端电压）也随着主手柄的前移不断提高到最大调节电压（其调压范围为0—98%输入电压），机车速度也不断提高。

主手柄从130°移至终点位置（约150°）时，机车全电压运行。

主手柄由全压位退回“0”位时的工作过程与上过程相反。

司机可根据实际需要调解调速手柄在40°至150°之间来控制机车速度。当需要减速时，可将调速手柄在全压位逆时针方向移到合适位置，直至退回到“合闸”位或“0”位，司控器停止工作，机车靠惯性运行。

主手柄由“全压”位返回“0”位，机车速度减小直至停止。当机车要换向运行时，必须将主手柄回“0”位后，待机车停稳之后，方可操作方向手柄实施换向操作。

若机车在运行过程中出现轮子打滑时，可适当降低机车速度，并按运行方向扳动撒沙筒开关撒沙。

当机车在运行中出现故障，应及时处理。严禁在无调速情况下，将调速手柄扳至机械全速位运行。

司控器不使用时，方向手柄应置于“0“位。司机离开机车时应取出方向手柄。

五、用户保养及注意事项：

1、定期检查各部件紧固螺丝是否松动，尤其是滤波电容、IGBT、续流二极管、防反二极管紧固螺丝。若松动，应及时拧紧。

2、定期检查电机线圈的绝缘强度，应在2MΩ以上，若达不到，则应及时处理。测量电机绝缘强度时，电机线圈与斩波器主机回路必需断开。

3、定期检查给定器内微动开关工作是否正常，给定器输出电压是否在0～4V之间线性变化。

4、定期用500型万用表欧姆档检测电容的充放电情况（最好用电容表测量其容量值），当电容容量不足时，应及时更换，否则将危及IGBT工作安全。

5、定期检查各接插件是否插接牢靠，若松动，应及时处理。

司机在操作机车时，请尽量使机车工作在全速位，不宜长时间在调速位工作。

司控器散热板设有85℃的温度开关，如果机车出现频繁停机的现象，则司机及维修人员需对机车进行检查，检查机车是否长期处于调速位拖重载的工况，检查司控器的散热情况及全速位旁路开关接触状况。

在进行机车维护时，请注意检查IGBT模块是否紧贴散热底板，司控器散热铝板是否紧贴司控器外壳，紧贴是指两个面紧贴接触，而非点接触。

机车在运行过程中，如温度过高（司控器外壳背面有烫手的感觉）而停机，则稍等一段时间，待温度下降后，将主手柄归零复位，机车即能恢复工作，不需做任何处理，不属于故障现象。

若操作手柄扳倒调速位，机车不动时，严禁继续扳到全速位使用，否则将引起全速开关烧坏，同时对电机以及齿轮均会有冲击，甚至损坏。

停车时一般将主手柄归零，再用制动手轮刹车，禁止采用打反方向的方法停车。主手柄未归零时严禁使用制动手轮强制刹车。

贮存期超过一年使用时，应先做轻载试车。

在更换电机或者大修后，请注意在试车时，要确保两台电机旋转方向一致，否则一开车电机就会严重过载。

六、常见问题及解决方法

（1）控制电路部分：

观察控制盒±15V绿色指示灯和红色故障指示灯。

控制盒指示绿灯亮：说明控制盒供电电路（辅助电源、给定器内微动开关）正常。

控制盒指示绿灯不亮：检查给定器内微动开关及给定器输出插座是否接触良好，相关连线是否断开，给定器有无0～4V电压输出。检查给定器及给定器插座、线路、传动装置是否松动或断开，将其修复或更换。

若控制盒驱动指示红灯亮或闪烁，则可能是控制驱动盒坏，也可能是IGBT损坏；IGBT损坏则更换，控制驱动盒坏则更换控制驱动盒，若确实判断控制盒损坏，更换之前先检查IGBT是否损坏，只有确保IGBT正常后，才能通电试车。

检查辅助电源输入（红色）和输出（绿色）的指示灯是否都亮，若都不亮，则更换辅助电源。若给定器和辅助电源都正常，则控制盒坏，需更换。

（2）主电路部分：

主电路未接通。

IGBT开路（此时控制盒驱动指示红灯会闪烁），更换IGBT。

（3）电机电路部分：

反向鼓接触不良，电机线圈开路或相应线路断开，碳刷磨损过多。将其修复或更换。

（4）车能调速但速度不够

1、机车超载，减轻负载。

2、机械故障，制动闸瓦未完全松开。检查机械部分，将其修复。

3、更换控制盒或电流传感器。

4、给定电压（ADJ）不够，低于3.5V，检查给定器，将其修复或更换。

5、单电机工作，检查电机及换向鼓。

（5）机车失控