電機車使用及維修原理培訓(xùn)教材.

1、電機車使用及維修原理一、電機車的結(jié)構(gòu)電機車主要由特殊電源裝置、機械部分、電氣部分三大部分構(gòu)成；電源裝置有特殊蓄電池、蓄電池箱和隔爆插銷組成，機械部分由車架、行走部件、制動裝置、撒砂裝置、連接裝置、頂棚組成。電氣部分由隔爆直流牽引電動機、隔爆司機控制器、隔爆照明燈、電源容量指示器等組成。常用型號：CTL（Y）8/9 ，C表示礦用，T表示防爆特殊型，L（Y）表示雙司控（單司控），8表示粘重，9表示900mm軌距。二、IGBT工作原理IGBT由PNP型三極管和N溝道MOS管組合而成，這種IGBT稱作N-IGBT，用圖中14-5（d）所示符號中的箭頭改為由E極指向G極即為P-IGBT的圖形符號。由于電

2、力電子設(shè)備中主要采用N-IGBT，下面以圖所示電路來說明N-IGBT的工作原理。電源E2通過開關(guān)S為提供UGE，只要UGE電源大于開啟電壓（為2-6v），IGBT內(nèi)部的MOS罐內(nèi)就有導(dǎo)電溝道形成，MOS管D、S極之間導(dǎo)通，分三極管Ib電流提供通路，三極管導(dǎo)通，有電流IC從IGBT的C極流入，經(jīng)三極管發(fā)射極后成I1 和I2兩路電流，I1電流流經(jīng)MOS管的D、S極，I2電流從三極管的集電極流出，I1、I2電流匯合成IE電流從IGBT的E極流出，即IGBT處于導(dǎo)通狀態(tài)。當開關(guān)S斷開后，UGE電壓為0，MOS管導(dǎo)電溝道夾斷（消失），I1、I2都為0，IC、IE電流也為0，即IGBT處于截止狀態(tài)。調(diào)節(jié)電

3、源E2可以改變UGE電壓的大小，IGBT內(nèi)部的MOS管的導(dǎo)電溝道寬度會隨之變化，I1電流大小會發(fā)生變化，由于I1電流實際上是三極管的Ib電流，I1電流細小的變化會引起I2電流（I2為三極管的Ic電流）的急劇變化。例如當UGE增大時，MOS管的導(dǎo)通溝道變寬，I1電流增大，I2電流也增大，即IGBT的C極流入、E極流出的電流均增大。三、IGBT檢測IGBT檢測包括極性檢測和好壞檢測，檢測方法與增強型NMOS管相似。（1）極性檢測正常的IGBT的G極與C、E極之間不能導(dǎo)通，正反向電阻均為無窮大。在G極無電壓時，IGBT的C、E極之間不能正向?qū)ǎ捎贑、E極之間存在一個反向寄生二極管，所以C、E極

4、正向電阻無窮大，反向電阻較小。在檢測IGBT時，萬用表選擇R*1k檔，測量IGBT各引腳之間的正反向電阻，當出現(xiàn)一次阻值小時，紅表筆接的引腳為C極，黑表筆接的引腳為E極，余下的引腳為G極。（2）好壞檢測IGBT的好壞檢測可按下面的步驟進行：第一步 用萬用表R*1k檔R*1k檔各引腳之間的正反向電阻，正常只會出現(xiàn)一次阻值小。若出現(xiàn)兩次或兩次以上阻值小，可確定IGBT一定損壞；若出現(xiàn)一次阻值小，還不能確定IGBT一定正常，需要進行第二步測量。第二步 用導(dǎo)線將IGBT的G、S極短接，釋放G極上的電荷，再將萬用表撥至R*1k檔，紅表筆接IGBT的E極，黑表筆接C極，此時表針指示的阻值為無窮大或接近無窮

5、大，然后用導(dǎo)線瞬間將C、G極短接，讓萬用表內(nèi)部電池經(jīng)黑表筆給G極充電，讓G極獲得電壓。如果IGBT正常，內(nèi)部會形成溝道，表針指示的阻值馬上由大變小，再用導(dǎo)線將G、E極短路，釋放G極上的電荷來消除G極電壓，如果IGBT正常，內(nèi)部溝道會消失，表針指示的阻值馬上由小變?yōu)闊o窮大。以上兩步檢測時，如果有一次測量不正常，則為IGBT損壞或性能不良。四、IGBT控制器技術(shù)特點（一）技術(shù)參數(shù)型號技術(shù)參數(shù)ZBT1-150/90ZBT1-150/140ZBT1-150/192額定電壓UDC90vDC140VDC192V電壓波動范圍55v 130v84v 194v190v 270v額定電流I0DC150A最大電流I

6、mDC300A（短時工作制）工作頻率800Hz 2KHz調(diào)壓比5% 95%經(jīng)定電壓范圍0 4V控制電源DC24V、2A注：欠壓、過壓保護根據(jù)需求設(shè)定。（二）調(diào)速箱的調(diào)速手柄和換向手柄之間有機械互鎖。若用于雙司機室蓄電池防爆電機車上時，主調(diào)速箱和副調(diào)速箱之間沒有結(jié)構(gòu)、電氣互鎖，實現(xiàn)雙機互鎖功能。（三）性能特點1、節(jié)能顯著：與電阻調(diào)速相比，節(jié)能30%以上。2、啟動平穩(wěn)、啟動力矩大：采用無極調(diào)速方式，從起動到全速均能平穩(wěn)過渡，有效滴保護了機車機械系統(tǒng)，司機可根據(jù)實際需要任意控制機車速度，且牽引力比原電阻調(diào)速機車打，工作效率高。3、蓄電池電壓顯示及電量顯示：電量儀之間顯示蓄電池電壓，電量顯示能反映蓄電

7、池電壓的變化過程，當蓄電池充足電達到100%額定電壓時，綠色指示燈全亮，當超過130%額定電壓時，黃色指示燈全亮。隨著蓄電池電壓逐漸降低，黃、綠、紅指示燈依次熄滅，當只有紅燈顯示時，表示蓄電池電壓已低于70%額定電壓，提醒司機及時充電，有效地保護蓄電池過放電。（注：YBZ型數(shù)字電量儀為自選配件，只有選配了電量儀的調(diào)速箱才有本功能）。4、溫度保護：當功率元件IGBT溫度達到保護值時，保護電路動作，能有效地防止斬波器功率元件因溫度過高而損壞。（若安裝YBZ-1數(shù)字電量儀面板上“”超溫指示燈點亮）。5、無弧通斷：正常操作下，所有接觸組均無弧通斷，大大延長了接觸組觸頭的使用壽命。6、過流保護：當機車超

8、載或機械故障引起電流增大時，電流保護電路動作，機車速度降低。7、給定可靠：采用光電電壓給定器，線性好、壽命長。8、積木式結(jié)構(gòu)：簡單、緊湊，維修方便。五、IGBT控制器工作原理及維修（一）工作原理1、控制器控制器有調(diào)速手柄和換向手柄構(gòu)成。調(diào)速手柄通過凸輪操作接觸組及光電給定器，控制電機車啟動、調(diào)速。換向手柄沒有錢就、后退及“0位”三個切換檔位。換向手柄有三檔切換位，用來改變電機激磁電流方向，從而改變電機旋轉(zhuǎn)方向，實現(xiàn)機車前進、后退和停車。換向手柄與調(diào)速手柄之間沒有機械聯(lián)鎖，當換向手柄在“0位”時，調(diào)速手柄不能轉(zhuǎn)動；當調(diào)速手柄不在“0位”時，換向手柄不能轉(zhuǎn)動。2、斬波器的基本原理本斬波器采用了IG

9、BT高壓大功率開關(guān)器件，控制方式為定頻調(diào)寬（PWM方式）。IGBT是由場效應(yīng)管與大功率晶體管想結(jié)合的全控功率開關(guān)元件，其開關(guān)頻率高，當柵極施加+15時器件導(dǎo)通，導(dǎo)通時壓降為2V左右；當柵極施加0-15V時器件關(guān)斷。由于IGBT工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通關(guān)斷時消耗很小，所以調(diào)速狀態(tài)下節(jié)能效果顯著，可以保證99%以上的電能用于電機。IGBT串聯(lián)在“串激式”牽引電動機電路內(nèi)，當IGBT導(dǎo)通時，電機電流線性上升；IGBT關(guān)斷時，電機電流通過續(xù)流二極管形成回路，電流線性下降。由于開關(guān)頻率高（800HZ2KHZ），實際電機的電流等效為直流電流，通過改變IGBT的導(dǎo)通、關(guān)斷時間的比值（即調(diào)壓比=TON/T），即可

10、改變電機兩端的電壓平均值，從而改變電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)機車調(diào)速的目的。斬波器的各種保護功能，如延時軟啟動、欠壓、過壓、恒流、短路等保護功能也通過調(diào)節(jié)IGBT的導(dǎo)通、關(guān)斷時間的比值來實現(xiàn)。 為使機車能正常的工作，減少用戶的損失，本系統(tǒng)加裝了溫度保護裝置。當斬波器鋁散熱底板溫度達到85左右時，斬波器暫時停止工作，以保護功率開關(guān)元件不因溫度過高而損壞。當斬波器溫度下降至正常溫度時，機車即能自動恢復(fù)工作。（二）操作方法1、現(xiàn)按操作調(diào)速箱的順序1）開車準備：將正、負極插銷按極性插入插銷連接器，接通蓄電池電源裝置和調(diào)速箱的連線。仔細檢查電源極性正確后，才能進行下一步操作。（若安裝YBZ-1數(shù)字電量儀，通過觀察

11、電量儀是否顯示，可判斷電源極性是否正確，同時當電量儀上電量顯示只有紅色發(fā)光二極管點亮?xí)r，司機應(yīng)及時停車對停車對蓄電池進行充電）2）確定行車方向，移動調(diào)速箱換向手柄，由于主回路未接通，操作換向手柄時觸電是不帶電電流切換的，為了做到無弧切換，調(diào)速手柄與換向手柄之間設(shè)有機械聯(lián)鎖。換向手柄置于“向前”位：主回路無弧接通牽引電動機定子和轉(zhuǎn)子。換向手柄置于“向后”位：主回路無弧接通牽引電動機定子和轉(zhuǎn)子。3）機車的啟動、調(diào)速及全壓運行司機操作調(diào)速手柄從“0”位移至“合閘”位（即從0°移到25°），主凸輪將觸點閉合。繼續(xù)操作調(diào)速手柄由“合閘”位至“調(diào)速”位（約35°）時，給定器內(nèi)

12、微動開關(guān)接通，控制器驅(qū)動盒24V電源接通。操作調(diào)速手柄由“調(diào)速”位繼續(xù)向前移動至“全壓”位時（35°至150°之間），調(diào)速手柄帶動光電給定器軸轉(zhuǎn)動，輸出給定電壓，隨著加調(diào)速手柄的前移，加在電機上的端電壓不斷提高，直至“全壓”位，機車速度達到最大。4）“全壓”位返回“0”位調(diào)速手柄由“全壓”位退回“0”位時的工作過程相反，現(xiàn)將其過程分述如下；調(diào)速手柄從150°移到35°時，隨著給定電壓的降低，調(diào)速箱的輸出電壓由最大調(diào)節(jié)電壓逐漸下降到最小調(diào)節(jié)電壓，機車減速行駛。調(diào)速手柄從35°移到25°時，微斷開關(guān)，控制器驅(qū)動電路電源斷開，斬波器停止動作

13、，機車靠慣性運行。調(diào)速手柄從25°移到“0”位時，則主回路斷開，因為調(diào)速手柄在25°時，斬波器已停止工作（即關(guān)斷）。2、使用注意事項1）在接通蓄電池插銷使用前，應(yīng)檢查電源電壓、負載工作電壓是否相符，各接線柱對外連接是否正確無誤。2）雙司控室機車操作應(yīng)由一人完成，操作主（副）調(diào)速箱換向手柄時，應(yīng)確保副（主）調(diào)速箱換向手柄在“0”位，否則無法操作主“副”調(diào)速箱換向手柄，若強行操作，將造成互鎖結(jié)構(gòu)的損壞。3）操作調(diào)速手柄時，不要將其從“0”位即刻扳到“全壓”位，而應(yīng)使機車在低速啟動后，根據(jù)需要來控制速度。4）換向必須在機車停穩(wěn)后進行。5）機車在制動閘瓦未完全松開時，嚴禁操作調(diào)速手

14、柄。6）機車需要減速或制動時，需將調(diào)速手柄扳回“0”位，使用機械制動或氣制動。7）嚴禁司機私自打開調(diào)速箱，亂動其部件，同時嚴禁不裝蓋板，裸機操作。8）司機離開駕駛室時，應(yīng)將換向手柄和調(diào)速手柄扳回“0”位，并將機械制動帶上。9）機車出現(xiàn)故障時，應(yīng)及時找維修人員處理。嚴禁機車帶故障運行，擴大故障范圍。10）機車運行過程中，頻繁出現(xiàn)斬波器不工作時，應(yīng)觸摸調(diào)速箱外殼，判斷是否因為斬波器溫度過高，引起溫度保護電路動作。若是，則需等斬波器溫度下降，保護電路恢復(fù)正常工作后，才能繼續(xù)操作，同時應(yīng)檢查機車是否超載工作，斬波器長時間大電流工作所致；或?qū)⒋爽F(xiàn)象報告維修班進修檢修。（安裝YBZ-1數(shù)字電量儀的調(diào)速箱可

15、根據(jù)電量儀上“”紅色發(fā)光二極管是否點亮進行判斷）11）插銷連接器內(nèi)的保險管必須按規(guī)定值使用。（三）常見故障及處理1、當機車工作出現(xiàn)異常時，應(yīng)立即由專業(yè)維修人員進行維修。維修人員應(yīng)先詢問并記錄清楚故障現(xiàn)象，再根據(jù)以下維修方法進行檢修。檢修前務(wù)必先斷開主電源，待儲能電容儲存的電量放完后，才可操作。維修時，切忌盲目更換元件，應(yīng)根據(jù)電氣原理分析，找出故障部位，分析損壞原因。常用檢測儀器儀表：500型萬用表；數(shù)字萬用表；兆歐表（1）機車不能調(diào)速（調(diào)速箱不工作）1）控制電路部分觀察調(diào)速器控制驅(qū)動盒±15V指示燈（綠色）a若控制驅(qū)動盒CN1插座、腳有24v輸入，則±15V指示燈應(yīng)亮，若不

16、亮，則更換控制驅(qū)動盒。檢查光電給定器有無04v電壓輸出，若無，則檢查光電給定器及相關(guān)線路、傳動裝置是否松動或斷開，并做相應(yīng)處理。檢查電流傳感器靜態(tài)是是否輸出高電壓，若是，則檢查接地線是否斷開、電流傳感器是否損壞，同時檢查CN3插座是否接觸良好，并做相應(yīng)處理，檢查控制驅(qū)動電路是否損壞，若是，則更換控制驅(qū)動盒。2）主電路部分檢查主電路是否接通，若是，則從蓄電池正極-插銷連接器-保險-調(diào)速箱內(nèi)防反二極管-接觸組依次檢查。接地線是否接好。檢查IGBT或串接在驅(qū)動線中的二極管是否開路。若是，則更換IGBT或二極管（此時控制驅(qū)動盒驅(qū)動指示燈T1或T2會閃爍）3）電機電路部分檢查換向鼓是否接觸不良，電機線圈

17、是否開路或相應(yīng)線路斷開、碳刷是否磨損過多，將其修復(fù)或更換。（2）機車能調(diào)速，但速度不夠1）檢查機車是否超載，若是，則必須減輕負載。2）檢查是否有機械故障，或制動閘瓦未完全松開，若是，檢查機械部分，將其修復(fù)。3）檢查電流傳感器負電壓是否低于-9v或電流傳感器損壞，使其輸出端電壓偏高，若是，則更好控制驅(qū)動盒或電流傳感器。4）檢查給定電壓最大時是否低于3.5v，若是，則檢查光電給定器及其操縱件位置，將其修復(fù)或更換。5）檢查機車是否只有單電機工作，檢查不工作的電機及電機回路，并作相應(yīng)處理。（3）機車失控當調(diào)速箱調(diào)速手柄剛進入調(diào)速位時，機車突然進入全壓運行的現(xiàn)象即為失控。1）檢查電容組件是否松動或電容容

18、量降低，引起IGBT擊穿，若是，則緊固或更換電容組件，更換IGBT。2）檢查光電給定器是否損壞，使給定電壓在3.5v以上，或始終為某一固定值，若是，則更換光電給定器。3）檢查電機線圈是否接地，若是，則將其復(fù)位并緊固。（4）調(diào)速手柄剛吸合，便燒主電源保險1）檢查電機線圈絕緣強度及換向鼓部分，是否絕緣強度不夠、短路或搭鐵，若是，則將其修復(fù)或更換。2）檢查電容是否擊穿或電源正負極短路，若是，則更換電容或檢查電源電路2）檢查IGBT和續(xù)流二極管是否同時擊穿，若是，則更換IGBT和續(xù)流二極管。（四）維護保養(yǎng)應(yīng)定期做好調(diào)速箱的維護保養(yǎng)1應(yīng)定期檢電纜引入裝置橡膠密封圈的彈性，如老化失去彈性，必須用同種規(guī)格（

19、尺寸、硬度）的零件更換，不得使用其它替代產(chǎn)品。2應(yīng)定期檢查各部件緊固螺栓是否松動，尤其是防爆面固定螺栓，斬波器濾波電容、IGBT、續(xù)流二極管緊固螺栓。若松動，應(yīng)及時擰緊。3應(yīng)定期檢查控制器所有轉(zhuǎn)動部分是否轉(zhuǎn)動自由，應(yīng)增加潤滑油。檢查各觸頭開閉順序是否正常，接觸是否良好。當觸頭出現(xiàn)燒損時，應(yīng)及時修理或更換。4應(yīng)定期檢查主電路個電纜外皮，出現(xiàn)磨損時，應(yīng)及時更換。5應(yīng)定期檢查電機線圈的絕緣強度，應(yīng)在0.5M以上，若達不到，則應(yīng)及時處理。測量絕緣強度時，電機線圈與斬波器回路要完全斷開。6應(yīng)定期檢查光電給定器的輸出電壓是否在04v之間線性變換。微動開關(guān)工作是否正常。7應(yīng)定期檢查調(diào)速箱內(nèi)各接插件是都插按牢

20、靠，若松動，應(yīng)及時處理或更換。8應(yīng)定期檢查儲能電路充、放電情況，儲能電容容量降低時，應(yīng)及時更換，否則危及工作安全。六、機車運行管理規(guī)定1、合理確定牽引的礦車數(shù)2、必須定期檢修機車和礦車、并經(jīng)常檢查，發(fā)現(xiàn)隱患，及時處理。3、機車的閘、燈、警玲（喇叭）、連接裝置和撒沙裝置，任何一項不正確或防爆部分失去防爆性能時，都不得使用該機車。4、機車司機必須按信號指令行車，在開車前必須發(fā)出開車信號。機車運行中，嚴禁將頭或身體探出車外。司機離開座位時，必須切斷電動機電源，將控制手把取下，扳緊車閘，但不得關(guān)閉車燈。5、列車或單獨機車都必須前有照明，后有紅燈。6、正常運行時，機車必須在列車前端。7、同一區(qū)段軌道上，

21、不得行駛非機動車輛。如果需要行駛時，必須經(jīng)井下運輸調(diào)度站同意。8、巷道內(nèi)應(yīng)裝設(shè)路標和警標。機車行近巷道口、硐室口、彎道、道岔、坡度較大或噪聲大等地段以及前面有車輛或視線有障礙時，都必須減低速度，并發(fā)出警號。9、兩機車或兩列車在同一軌道同一方向行駛時，必須保持不少于100m的距離。10、列車的制動距離每年至少測定1次。運送物料時不得超過40m，運送人員不得超過20m。另外，在彎道或司機視線受阻的區(qū)段，應(yīng)設(shè)置列車占線閉鎖信號，在新建和改擴建的大型礦井井底車場和運輸大巷，應(yīng)設(shè)置信號集中閉鎖系統(tǒng)。七、集團公司礦井運輸管理細則的有關(guān)規(guī)定第十一條 主要運輸大巷電機車采用雙司機室，跟車工（押車工）在列車行駛

22、時，乘坐在無人的駕駛室內(nèi)。主運輸巷不得使用粘重8噸以下單司機室電機車。車輛行駛時，嚴禁扒、蹬、跳車。第十四條 電機車應(yīng)采用變頻調(diào)速或脈沖調(diào)速控制裝置，具有電制動功能。第十六條 運輸大巷行駛?cè)_及以上機車運輸必須裝備機車通訊。第十七條 礦井應(yīng)加強運輸車輛管理，提高礦車周轉(zhuǎn)率，逐步裝備礦車跟蹤管理系統(tǒng)，實時監(jiān)控車輛運行。第二十八條 司機必須按調(diào)度指令或信號開車。機車司機棚不得拆卸或縮小。司機不準擅離工作崗位，不準車外開車。第二十九條 電機車不準乘坐其他人員。跟車工和處理事故的人員可乘坐在雙司機室另一端，但乘車人身體任何部位和物品不準露出車外。第三十條 兩列車在主要運輸巷道變道或會車時，應(yīng)打鈴或鳴笛示警，按信號減速慢行。并遵守以下規(guī)定：（一）主運輸巷直道機車先行；（二）運人車輛先行；（三）重車先行，空車后行；（四）列車組先行，單車后行。第三十七條 單車或列車主運線路出現(xiàn)故障或需臨時停車時，必須在車輛前后40m以外，設(shè)置警戒并立即匯報運輸調(diào)度。第三十八條 機車不得運送車輛重心偏斜的車輛。運送超長、超寬、超高、超重的特殊物件或設(shè)備時，必須制定打運安全措施。處理掉道車輛管理規(guī)定1、平巷車輛掉道，工作人員要及時停車，并在掉道