斩波调速电机车斩波电气故障简易判断

韩 龙，佟越波

（1.五矿邯邢矿业北洺河铁矿，河北武安 056300；2.五矿矿业控股有限公司生产部，安徽合肥 230000）

0 引言

斩波调速电机车在国内矿山应用已久，尤其是IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）型斩波调速电机车，使用智能逻辑电路控制驱动，具有节能降耗、启动平稳、无极调速、启动力矩大等特点，得到广泛的认可及应用。但斩波电气元件由集成电路板构成，不易拆装、检测、判断，给检修工作带来一定的困难。北洺河铁矿井下运输使用的架线式斩波调速电机车，自2009 年改装应用至今已经10 年，该电机车型号CJZ14/9GB，额定电压DC 550 V，粘重14 t，轨距900 mm。年原矿运输量230 万吨。阐述斩波调速斩波电气故障简易快速判断方法。

1 斩波调速控制原理

CJZ14/9GB 型电机车，斩波调速系统主要由双主电机、司机控制器、平波电抗器、制动电阻、斩波主机箱等组成。如图1 所示。

图1 电机车斩波控制系统

斩波调速电气故障不好判断原因如下：①斩波系统的元器件由集成电路板构成，不易拆装、检测、判断（不能随意打开调整，出厂时已调整好）；②控制电压在这些部件间多次变换，如图2 所示，不易使用常用的拔掉插头，用万用表测量电压的方法判断。因一旦拔掉插头，控制电压回路就断开，无法测量。

图2 电机车斩波控制电压

工作原理如图2、3 所示.换向手柄置于向前或向后位置，换向触点F1、F3 和F5、F7 闭合，司控器调速手柄置于接通位置（光电给定器SK8 闭合），DC 24 V 电压输出到主机箱驱动盒，±15 V、24 V 三个绿灯亮，并将DC 15 V 输出到光电给定器；光电给定器将DC15 V 电压变换成控制电压ADJ（DC 0～4 V）输出到斩波驱动盒（XZ150*2），斩波驱动盒控制VT1、VT2（IGBT）导通与关断的时间比例，即可改变电机两端的电压平均值，从而改变电机转速；电机车由起步、慢速逐渐加速至全速运转（SK3、SK4 闭合）。来回转动调速手柄（调速范围之内），光电给定器输出电压在（DC 0～4 V）之间线性变化，斩波驱动盒控制VT1、VT2（IGBT）导通与关断的时间比例，直流电机的端电压跟随给定电压大小线性变化，电机车实现无极调速运转。当电流、电压发生变化时，电流传感器和电压检测元件检测到相应的信号，输出到斩波驱动盒，控制VT1、VT2（IGBT）导通与关断的时间比例，实现软启动、过流、欠压等保护。

2 简易快速判断方法

2.1 检修环境

处理斩波电气故障，根据故障现象结合原理和以往维修经验，初判故障部位为主机箱、控制电压回路故障时，排除线路、触点磨损、烧蚀、断线、短路点等易观察的故障点时，就要对电机车进行通电检测，需要一个工作环境，不能使电机车运行中去处理判断；也不能使电机车直接通电，使其随时处于启动运转状态而处理。当出现斩波电气故障或者对斩波电气系统进行检测时，由图3 可知，司机控制器的接触组SK2 触点到换向触点（F1、F2）之间的连线（俗称3＃线）断开一端，不论斩波调速系统处于什么工作状态（启动、运行，可随意转动调速手柄），电机主回路始终处于开路状态，电机不会启动运转。这样就为通电处理斩波调速电气故障提供了一个检修环境，可带电检测斩波调速控制回路和主回路故障（也可拔掉IGBT 控制连线插头，但驱动盒ER1/ER2 红灯闪烁报警，IGBT 关断，无法检测IGBT；并存在SK3、SK4 闭合的隐患）。此时只能是检测判断，而不能检修，要检修必须在无电状态并且斩波主机箱里边的电容完全放电后才能检修。

图3 电机车电气原理

2.2 面板指示灯显示判断法

司机控制器里边的3＃线断开一端。电机车主机箱里边的+极端通过检测灯（可用3 个AC220 V 白炽灯串接）与牵引线串联，可预防电机车短路故障，假使有短路点，检查灯将一直明亮，并可作为斩波主机箱电容充电情况的指示（由亮到不亮，充电完成），为安全起见，挂接牵引线时，要用绝缘杆。将换向手柄置于向前/向后位置，调速手柄置于接通位置（SK8 闭合），根据故障不同，查看各相应面板红绿指示灯通电后的显示状态，初判故障，如表1所示。故障点不同，采取相应的处理措施，切记盲目更换部件。

2.3 通电检测法

电机车通电（通过检测灯），主机箱电容充电完成（检测灯判断）辅助电源灯指示正常，调速手柄处于接通位置（SK8 闭合），主机箱驱动盒+24 V、±15 V 三个绿色灯指示正常。调速手柄置于调速位置，ER1/ER2 红色警示灯未闪烁，上述一切正常，用万用表电压档测光电给定器ADJ（DC 0～4 V）的电压跟随调速手柄线性变化，正常；再测IGBT 的GE 端电压（应在DC 0～14 V之间）跟随调速手柄（光电给定器ADJ 的DC 0～4 V）线性变化，正常。如不跟随ADJ 线性变化，IGBT 故障或IGBT 控制连线板故障，更换IGBT 或控制连线板即可。通过以上检查判断，可基本排除电机车斩波调速控制系统故障，对于IGBT，在控制电压正常情况下，还需检测它的通断情况，可用检测灯在主机箱IGBT 的C 极端与牵引线串联，看灯的明亮变化跟随调速手柄线性变化，判断IGBT 正常（不用测控制电压，直接用检测灯检测更快捷）；电流传感器极少出现故障（高于200 A 控制IGBT 关断、低于200 A 恢复），只需检测±15 V 电源电压，IM1 输出不高于4 V 即可。经过以上检测，装机试车，电机车正常运行。

表1 面板指示灯显示状态

3 典型故障分析

3.1 电机车时走时停

首先检查司控器触点、面板指示灯、IGBT 均正常。在移动斩波主机箱时，偶然发现斩波主机箱与电机车的连接地线端子烧焦松动，出现虚接，使得电机车主回路在电机车开动时，时断时通。尤其是电机车在震动、过弯道时端子时接时断，电机车时走时停。重新压接端子，压紧螺栓此故障消失。由于斩波主机箱接地螺栓易被忽视，当出现故障时往往向其他方向寻找，而忽视简单的故障现象。

3.2 电机车不能调速

断开3#连线，打开斩波主机箱盖板，通电检测，观察各指示灯指示正常。光电给定器弹簧、凸轮均正常。转动调速手柄，测ADJ（DC0～4 V）电压变化，无跟随调速手柄线性变化，±15 V 电压正常，据此判断光电给定器损坏、更换，电机车正常运行。

3.3 电机车牵引力不足

司控器调速手柄置于可调范围最高档位置，电机车无力，尤其是过弯道、轨道稍微打滑处，更加明显。电机车有可能是单电机工作。检查司控器换向触点、主电机及主回路正常。打开斩波主机箱盖板、断开司控器3#连线，通电检测，转动调速手柄，观察各指示灯指示正常。用万用表分别测2 个IGBT 的GE 端电压跟随ADJ 电压线性变化情况，发现1 个正常；1 个没有跟随性、无指示。更换此IGBT 控制线，再次检测正常，试机正常。这次故障是IGBT 控制连线板故障，斩波驱动盒的ER1/ER2 红色指示灯应闪烁，但这次无闪烁，是IGBT 控制连线板其它元件故障。

3.4 电机车无法起动

断开司控器里边的3#连线，打开斩波主机箱盖板，通电检测，转动调速手柄。斩波主机箱驱动盒面板指示灯24 V 绿灯亮，而±15 V 绿灯闪烁。由指示灯显示初判斩波驱动盒损坏，±15 V 输出电压不正常，更换斩波驱动盒，还是这个故障。再检查司机控制器接线端子，无24 V 电源，而辅助电源正常，进一步检查发现，是24 V 电源地线虚接，感应电压造成24 V 电源指示灯正常而实际无24 V 电源，±15 V 绿灯闪烁，斩波驱动盒输出控制IGBT 关断。

3.5 电机车重车巷停机

电机车满载运行时，在重车巷停机。维修人员赶到时，检测正常，并能正常运行。当满载在重车巷运行时又反复出现以上故障。经分析判断为斩波主机箱温度传感器损坏，电机车重载运行一段时间，主机箱温度升高，传感器损坏，风扇不工作，IGBT 关断。电机车停机，更换传感器，试机，电机车正常运行。

4 结语

由以上原理、方法和实际故障分析，可知通过检修环境，利用指示灯的指示状态和带电检测方法，可快速准确的判断电机车斩波电气故障，减少备件消耗，缩短故障检修时间。并能对电机车斩波系统进行测试，方便实用。