电机车使用及维修原理培训教材.docx

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电机车使用及维修原理培训教材

电机车使用及维修原理

一、电机车的结构

电机车主要由特殊电源装置、机械部分、电气部分三大部分构成；电源装置有特殊蓄电池、蓄电池箱和隔爆插销组成，机械部分由车架、行走部件、制动装置、撒砂装置、连接装置、顶棚组成。

电气部分由隔爆直流牵引电动机、隔爆司机控制器、隔爆照明灯、电源容量指示器等组成。

常用型号：

CTL（Y）8/9，C表示矿用，T表示防爆特殊型，L（Y）表示双司控（单司控），8表示粘重，9表示900mm轨距。

二、IGBT工作原理

IGBT由PNP型三极管和N沟道MOS管组合而成，这种IGBT称作N-IGBT，用图中14-5（d）所示符号中的箭头改为由E极指向G极即为P-IGBT的图形符号。

由于电力电子设备中主要采用N-IGBT，下面以图所示电路来说明N-IGBT的工作原理。

电源E2通过开关S为提供UGE，只要UGE电源大于开启电压（为2-6v），IGBT内部的MOS罐内就有导电沟道形成，MOS管D、S极之间导通，分三极管Ib电流提供通路，三极管导通，有电流IC从IGBT的C极流入，经三极管发射极后成I1和I2两路电流，I1电流流经MOS管的D、S极，I2电流从三极管的集电极流出，I1、I2电流汇合成IE电流从IGBT的E极流出，即IGBT处于导通状态。

当开关S断开后，UGE电压为0，MOS管导电沟道夹断（消失），I1、I2都为0，IC、IE电流也为0，即IGBT处于截止状态。

调节电源E2可以改变UGE电压的大小，IGBT内部的MOS管的导电沟道宽度会随之变化，I1电流大小会发生变化，由于I1电流实际上是三极管的Ib电流，I1电流细小的变化会引起I2电流（I2为三极管的Ic电流）的急剧变化。

例如当UGE增大时，MOS管的导通沟道变宽，I1电流增大，I2电流也增大，即IGBT的C极流入、E极流出的电流均增大。

三、IGBT检测

IGBT检测包括极性检测和好坏检测，检测方法与增强型NMOS管相似。

（1）极性检测

正常的IGBT的G极与C、E极之间不能导通，正反向电阻均为无穷大。

在G极无电压时，IGBT的C、E极之间不能正向导通，但由于C、E极之间存在一个反向寄生二极管，所以C、E极正向电阻无穷大，反向电阻较小。

在检测IGBT时，万用表选择R*1kΩ档，测量IGBT各引脚之间的正反向电阻，当出现一次阻值小时，红表笔接的引脚为C极，黑表笔接的引脚为E极，余下的引脚为G极。

（2）好坏检测

IGBT的好坏检测可按下面的步骤进行：

第一步用万用表R*1kΩ档R*1kΩ档各引脚之间的正反向电阻，正常只会出现一次阻值小。

若出现两次或两次以上阻值小，可确定IGBT一定损坏；若出现一次阻值小，还不能确定IGBT一定正常，需要进行第二步测量。

第二步用导线将IGBT的G、S极短接，释放G极上的电荷，再将万用表拨至R*1kΩ档，红表笔接IGBT的E极，黑表笔接C极，此时表针指示的阻值为无穷大或接近无穷大，然后用导线瞬间将C、G极短接，让万用表内部电池经黑表笔给G极充电，让G极获得电压。

如果IGBT正常，内部会形成沟道，表针指示的阻值马上由大变小，再用导线将G、E极短路，释放G极上的电荷来消除G极电压，如果IGBT正常，内部沟道会消失，表针指示的阻值马上由小变为无穷大。

以上两步检测时，如果有一次测量不正常，则为IGBT损坏或性能不良。

四、IGBT控制器技术特点

（一）技术参数

型号

技术参数

ZBT1-150/90

ZBT1-150/140

ZBT1-150/192

额定电压U

DC90v

DC140V

DC192V

电压波动范围

55v130v

84v194v

190v270v

额定电流I0

DC150A

最大电流Im

DC300A（短时工作制）

工作频率

800Hz2KHz

调压比

5%95%

经定电压范围

04V

控制电源

DC24V、2A

注：

欠压、过压保护根据需求设定。

（二）调速箱的调速手柄和换向手柄之间有机械互锁。

若用于双司机室蓄电池防爆电机车上时，主调速箱和副调速箱之间没有结构、电气互锁，实现双机互锁功能。

（三）性能特点

1、节能显著：

与电阻调速相比，节能30%以上。

2、启动平稳、启动力矩大：

采用无极调速方式，从起动到全速均能平稳过渡，有效滴保护了机车机械系统，司机可根据实际需要任意控制机车速度，且牵引力比原电阻调速机车打，工作效率高。

3、蓄电池电压显示及电量显示：

电量仪之间显示蓄电池电压，电量显示能反映蓄电池电压的变化过程，当蓄电池充足电达到100%额定电压时，绿色指示灯全亮，当超过130%额定电压时，黄色指示灯全亮。

随着蓄电池电压逐渐降低，黄、绿、红指示灯依次熄灭，当只有红灯显示时，表示蓄电池电压已低于70%额定电压，提醒司机及时充电，有效地保护蓄电池过放电。

（注：

YBZ型数字电量仪为自选配件，只有选配了电量仪的调速箱才有本功能）。

4、温度保护：

当功率元件IGBT温度达到保护值时，保护电路动作，能有效地防止斩波器功率元件因温度过高而损坏。

（若安装YBZ-1数字电量仪面板上“℃”超温指示灯点亮）。

5、无弧通断：

正常操作下，所有接触组均无弧通断，大大延长了接触组触头的使用寿命。

6、过流保护：

当机车超载或机械故障引起电流增大时，电流保护电路动作，机车速度降低。

7、给定可靠：

采用光电电压给定器，线性好、寿命长。

8、积木式结构：

简单、紧凑，维修方便。

五、IGBT控制器工作原理及维修

（一）工作原理

1、控制器

控制器有调速手柄和换向手柄构成。

调速手柄通过凸轮操作接触组及光电给定器，控制电机车启动、调速。

换向手柄没有钱就、后退及“0位”三个切换档位。

换向手柄有三档切换位，用来改变电机激磁电流方向，从而改变电机旋转方向，实现机车前进、后退和停车。

换向手柄与调速手柄之间没有机械联锁，当换向手柄在“0位”时，调速手柄不能转动；当调速手柄不在“0位”时，换向手柄不能转动。

2、斩波器的基本原理

本斩波器采用了IGBT高压大功率开关器件，控制方式为定频调宽（PWM方式）。

IGBT是由场效应管与大功率晶体管想结合的全控功率开关元件，其开关频率高，当栅极施加+15时器件导通，导通时压降为2V左右；当栅极施加0~-15V时器件关断。

由于IGBT工作在开关状态，导通关断时消耗很小，所以调速状态下节能效果显著，可以保证99%以上的电能用于电机。

IGBT串联在“串激式”牵引电动机电路内，当IGBT导通时，电机电流线性上升；IGBT关断时，电机电流通过续流二极管形成回路，电流线性下降。

由于开关频率高（800HZ~2KHZ），实际电机的电流等效为直流电流，通过改变IGBT的导通、关断时间的比值（即调压比а=TON/T），即可改变电机两端的电压平均值，从而改变电机的转速，实现机车调速的目的。

斩波器的各种保护功能，如延时软启动、欠压、过压、恒流、短路等保护功能也通过调节IGBT的导通、关断时间的比值来实现。

为使机车能正常的工作，减少用户的损失，本系统加装了温度保护装置。

当斩波器铝散热底板温度达到85℃左右时，斩波器暂时停止工作，以保护功率开关元件不因温度过高而损坏。

当斩波器温度下降至正常温度时，机车即能自动恢复工作。

（二）操作方法

1、现按操作调速箱的顺序

1）开车准备：

将正、负极插销按极性插入插销连接器，接通蓄电池电源装置和调速箱的连线。

仔细检查电源极性正确后，才能进行下一步操作。

（若安装YBZ-1数字电量仪，通过观察电量仪是否显示，可判断电源极性是否正确，同时当电量仪上电量显示只有红色发光二极管点亮时，司机应及时停车对停车对蓄电池进行充电）

2）确定行车方向，移动调速箱换向手柄，由于主回路未接通，操作换向手柄时触电是不带电电流切换的，为了做到无弧切换，调速手柄与换向手柄之间设有机械联锁。

换向手柄置于“向前”位：

主回路无弧接通牵引电动机定子和转子。

换向手柄置于“向后”位：

主回路无弧接通牵引电动机定子和转子。

3）机车的启动、调速及全压运行

司机操作调速手柄从“0”位移至“合闸”位（即从0°移到25°），

主凸轮将触点闭合。

继续操作调速手柄由“合闸”位至“调速”位（约35°）时，给定器内微动开关接通，控制器驱动盒24V电源接通。

操作调速手柄由“调速”位继续向前移动至“全压”位时（35°至150°之间），调速手柄带动光电给定器轴转动，输出给定电压，随着加调速手柄的前移，加在电机上的端电压不断提高，直至“全压”位，机车速度达到最大。

4）“全压”位返回“0”位

调速手柄由“全压”位退回“0”位时的工作过程相反，现将其过程分述如下；调速手柄从150°移到35°时，随着给定电压的降低，调速箱的输出电压由最大调节电压逐渐下降到最小调节电压，机车减速行驶。

调速手柄从35°移到25°时，微断开关，控制器驱动电路电源断开，斩波器停止动作，机车靠惯性运行。

调速手柄从25°移到“0”位时，则主回路断开，因为调速手柄在25°时，斩波器已停止工作（即关断）。

2、使用注意事项

1）在接通蓄电池插销使用前，应检查电源电压、负载工作电压是否相符，各接线柱对外连接是否正确无误。

2）双司控室机车操作应由一人完成，操作主（副）调速箱换向手柄时，应确保副（主）调速箱换向手柄在“0”位，否则无法操作主“副”调速箱换向手柄，若强行操作，将造成互锁结构的损坏。

3）操作调速手柄时，不要将其从“0”位即刻扳到“全压”位，而应使机车在低速启动后，根据需要来控制速度。

4）换向必须在机车停稳后进行。

5）机车在制动闸瓦未完全松开时，严禁操作调速手柄。

6）机车需要减速或制动时，需将调速手柄扳回“0”位，使用机械制动或气制动。

7）严禁司机私自打开调速箱，乱动其部件，同时严禁不装盖板，裸机操作。

8）司机离开驾驶室时，应将换向手柄和调速手柄扳回“0”位，并将机械制动带上。

9）机车出现故障时，应及时找维修人员处理。

严禁机车带故障运行，扩大故障范围。

10）机车运行过程中，频繁出现斩波器不工作时，应触摸调速箱外壳，判断是否因为斩波器温度过高，引起温度保护电路动作。

若是，则需等斩波器温度下降，保护电路恢复正常工作后，才能继续操作，同时应检查机车是否超载工作，斩波器长时间大电流工作所致；或将此现象报告维修班进修检修。

（安装YBZ-1数字电量仪的调速箱可根据电量仪上“℃”红色发光二极管是否点亮进行判断）

11）插销连接器内的保险管必须按规定值使用。

（三）常见故障及处理

1、当机车工作出现异常时，应立即由专业维修人员进行维修。

维修人员应先询问并记录清楚故障现象，再根据以下维修方法进行检修。

检修前务必先断开主电源，待储能电容储存的电量放完后，才可操作。

维修时，切忌盲目更换元件，应根据电气原理分析，找出故障部位，分析损坏原因。

常用检测仪器仪表：

500型万用表；数字万用表；兆欧表

（1）机车不能调速（调速箱不工作）

1）控制电路部分

①观察调速器控制驱动盒±15V指示灯（绿色）

a若控制驱动盒CN1插座②、③脚有24v输入，则±15V指示灯应亮，若不亮，则更换控制驱动盒。

②检查光电给定器有无0~4v电压输出，若无，则检查光电给定器及相关线路、传动装置是否松动或断开，并做相应处理。

③检查电流传感器静态是是否输出高电压，若是，则检查接地线是否断开、电流传感器是否损坏，同时检查CN3插座是否接触良好，并做相应处理，

④检查控制驱动电路是否损坏，若是，则更换控制驱动盒。

2）主电路部分

①检查主电路是否接通，若是，则从蓄电池正极-插销连接器-保险-调速箱内防反二极管-接触组依次检查。

接地线是否接好。

②检查IGBT或串接在驱动线中的二极管是否开路。

若是，则更换IGBT或二极管（此时控制驱动盒驱动指示灯T1或T2会闪烁）

3）电机电路部分

①检查换向鼓是否接触不良，电机线圈是否