铲车、运煤车电控系统222

铲车、运煤车电控系统设备操作维护及故障判断，设备完好标准22019/8/17太科院维修二部主要内容第一章：概述第二章：铲车、运煤车电控系统原理分析第三章：零部件检测第四章：故障分析第五章：设备操作维护第六章：充电机简介32019/8/17太科院维修二部第一章概述美国朗艾道（LONG-AIRDOX）公司生产蓄电池车辆，包括488型多功能铲车、818型蓄电池运煤车、VTC630型支架搬动车（也可作其它用途）等。这些车辆的电气控制第系统基本相同，均采用了先进的电子控制技术。行走电动机采用直流脉冲调速技术，由电子控制模块控制，不仅可实现平滑的无级调速，而且有完善的电气保护功能。现有运煤车和铲车根据开关器件可分为可控硅控制型、IGBT控制型二种，其中可控硅控制型有老式和90型二种，IGBT控制型有2000型和新2000型二种。42019/8/17太科院维修二部第一章概述90型电气系统采用逆阻型晶闸管SCR直流斩波调速，晶闸管SCR属半控、双极型、电流驱动型器件，其特点是通态压降小，通态损耗小，但所需驱动功率大，驱动电路比复杂，工作频率较低。它的关断要靠电感与电容的充放电来给主SCR提供反压强迫其关断,而这二种器件均为发热型器件,使得电控箱温度高,加速了箱内电器元件的老化,且故障率较高；52019/8/17太科院维修二部第一章概述2000型电气系统采用绝缘门极双极型晶体管IGBT直流斩波调速，特点是高输入阻抗，电压控制、驱动功率小，开关速度快、工作频率可达10-40kHz，饱和压降小，电压、电流容量较大，安全工作区较宽.它是全控型器件,不需要电感和电容的强迫关断电路,使得它的故障率低；此外90型电气系统的急停电路仅控制整车的电源部分,显示器只显示电量.而2000型电气系统的急停控制的不仅有电源还有电机控制电路.显示器不仅显示电量,而且有故障显示功能,这使得在发生故障时很容易做出判断.井下维护量相对可减少2/3.62019/8/17太科院维修二部第二章电控系统原理1直流电机调速1.1他励直流电动机的机械特性是机械特性的斜率。CCRR称为为理想空载转速CUnTnTCCRRCUnTeaenTeaen2002Ra+R1Ra+R2Ran0Tn01.2串励直流电动机的机械特性电枢电流就是励磁电流If=IaeaeTeaaeeaaaTafTaTafffCRTUCCCRICUCRIUnICIICICTIKIK272019/8/17太科院维修二部第二章电控系统原理1）是一条非线性的软特性；2）当电磁转矩很小时，转速n很高。当T=0时，n0为无穷大，所以串励直流电机不允许空载运行。3）电磁转矩T与电枢电流Ia的平方成正比，因此起动转矩大，过载能力强。1.3积复励直流电动机的机械特性积复励直流电动机的机械特性介于他励与串励直流电动机的特性之间。它具有串励电动机的起动转矩大，过载能力强的优点，而没有空载转速很高的缺点他励nn00T复励串励82019/8/17太科院维修二部第二章电控系统原理1.4他励直流电动机电枢回路串电阻启动泵电机启动如上图所示，（机械特性曲线比他励软）1.5行走电机启动与调速如上图所示，行走电机采用降电压启动，调速采用调压调速。nAn00TLTSAn00TLTSn92019/8/17太科院维修二部第二章电控系统原理2电力开关器件2.1逆阻型晶闸管SCR102019/8/17太科院维修二部第二章电控系统原理2.1.1工作原理晶闸管SCR属于半控器件，其结构、符号、模型及等值电路如下图所示。在其控制极G和阴极K之间外加正向触发脉冲电流Ig后，SCR从断态转入通态。可以通过Ig控制其导通起始时刻，一旦SCR导通后，撤除Ig，SCR仍继续处于通态。即控制极只能控制其导通而不能控制其关断，要使处于通态的SCR转入断态，除非其阳极A与阴极K之间的电压VAK为零或反向，使其阳极电流减小到小于维持电流IH。在直流电源供电的DC-DC变换电路中，电源电压不可能为零、变负。因此，要使SCR从通态转入断态必须设置强迫关断电路，或者利用谐振电路使已处于通态的SCR两端电压为零、电流为零而关断SCR，或者利用负载反电动势使其关断。112019/8/17太科院维修二部第二章电控系统原理2.1.2静态特性普通晶闸管只要求脉冲电流触发其开通，并不要求有持续的门极（控制极）电流保持其通态，脉冲电流的持续时间只要（3-5）倍的开通时间就足以使其从断态可靠地转入通态。当然，阳极、阴极之间必须有外加正向电压。其伏-安特性如下图所示。122019/8/17太科院维修二部第二章电控系统原理普通晶闸管开通时间和关断时间约为几十微秒左右，快速晶闸管可减少到10-20µS以下。普通晶闸管断态电压临界上升率dv/dt在额定结温和门极开路条件下，使晶闸管从断态转入误导通的最低电压上升率称断态电压临界上升率。晶闸管使用中要求断态下阳极电压的上升速度要低于此值，如果dv/dt过大，则充电电流足以使晶闸管误导通。为了限制断态电压上升率，可以在晶闸管阳极与阴极间并上一个R-C阻容缓冲支路，利用电容两端电压不能突变的特点来限制晶闸管A、K两端电压上升率。电阻R的作用是防止并联电容与阳极主回路电感产生串联谐振，此外，晶闸管从断态转到通态时，电阻R又可以限制电容C的放电电流。132019/8/17太科院维修二部第二章电控系统原理普通晶闸管开通电流临界上升率di/dt开通电流临界上升率是指在规定的条件下，晶闸管由门极进行触发导通时，晶闸管能够承受而不致损坏的通态电流的最大上升率。实际应用中晶闸管的最大电流上升率要小于这个数值，为了限制电路的电流上升率，可以在阳极主回路中串入小值的电感，限制电流上升率。142019/8/17太科院维修二部第二章电控系统原理2.2绝缘门极双极型晶体管(IGBT)2.2.1工作原理152019/8/17太科院维修二部第二章电控系统原理绝缘门极双极型晶体管IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor）其符号、电路、输出特性、转移特性如下图所示。它的输入控制部分为MOSFET，输出级为双极结型三极晶体管，因此兼有MOSFET和电力晶体管的优点：高输入阻抗，电压控制、驱动功率小，开关速度快、工作频率可达10-40kHz（比电力三极管高），饱和压降小（比MOSFET小得多，与电力三极管相当），电压、电流容量较大，安全工作区较宽。IGBT在门极G和发射极E之间的外加电压VGE=0时，MOSFET管内无导电沟道，其调制电阻Rdr可视为无限大，IC=0，MOSFET处于断态。在门极G和发射极E之间外加控制电压VGE，可以改变MOSFET管导电沟道的宽度，从而改变调制电阻Rdr，这就改变了输出晶体管T1（PNP管）的基极电流，控制了IGBT管的集电极电流IC。当VGE足够大时（例如15V），则T1饱和导电、IGBT进入通态。一旦撤除VGE，VGE=0，则MOSFET从通态转入断态，T1截止，IGBT器件从通态转入断态。162019/8/17太科院维修二部第二章电控系统原理2.2.2静态特性如下图所示为三菱CM600HA-12H的特性曲线，和参数。172019/8/17太科院维修二部第二章电控系统原理182019/8/17太科院维修二部第二章电控系统原理IGBT实际运行中外加电压VGE的最大值VGEM一般不超过15V以限制IC不超过IGBT管的允许值ICM.IGBT在额定电流时的通态压降一般约1.5-3V。其通太压降通常在其电流较大（接近额定值）时具有正的温度系数（IC增大时，管压降大），因此在几个IGBT并联使用时IGBT器件具有电流自动调节均流的能力，这就使多个IGBT易于并联使用。当IGBT处于截止状态和处于正常稳态时（iC不超过允许值时），Rbr上的压降都很小，不足以产生T2导通，一旦T2导通，即使撤除门极电压VGE，IGBT仍然会像晶闸管一样处于通态，使门极G失去控制作用，这种现象称为擎住效应。估IGBT的设计制造时已尽可能降低体区电阻Rbr，使IGBT的集电极电流在最大允许值ICM时，Rbr上的压降仍小于T2管的起始导电所必需的正偏压。但是实际工作中一旦iC过大时则可能出现擎住效应。为了防止这种关断过程中出现擎住效应，一方面应在IGBT集电极C-发射极E两端并联接入一个电容减小关断时的dvCE/dt，同时也可考虑增大门极驱动电路的电阻Rg以适当减慢MOSFET的关断过程。192019/8/17太科院维修二部第二章电控系统原理2.3小结相比二种开关器件，首先：SCR是半控器件，IGBT是全控器件;其次：SCR是双极型器件，双极型器件大都是电流驱动型器件，特点是通态压降小，通态损耗小，但所需驱动功率大，驱动电路比复杂，工作频率较低。IGBT驱动输入部分是单极型MOSFET，属电压驱型全控器件，特点是输入阻抗高、所需驱动功率小、驱动电路简单、工作频率高，但通态压降要大一些。输出级为双极结型三极晶体管，因此兼有MOSFET和电力晶体管的优点：高输入阻抗，电压控制、驱动功率小，开关速度快、工作频率可达10-40kHz（比电力三极管高），饱和压降小（比MOSFET小得多，与电力三极管相当），电压、电流容量较大，安全工作区较宽。202019/8/17太科院维修二部第二章电控系统原理3电气原理分析铲车和运煤车的电气原理基本相同，其中铲车为单电机行走单元，运煤车为双电机行走单元；运煤车比铲车多报警装置控制电路。下就以运煤车电气系统为例进行分析。3.1运煤车90型电气系统原理运煤车90型电气系统原理图，如下图所示，按功能模块来分，可分为以下几个部分：3.1.1电源电源采用的是128V的铅酸蓄电池，它由64个2V的小铅酸蓄电池串连组成；蓄电池上有一个电池连接箱，它的作用是断开90型运煤车的所有供电通路，包括本安系统。212019/8/17太科院维修二部第二章电控系统原理3.1.2电池插头闭锁回路由电源正极—电池插头闭锁开关—电池断路器脱扣线圈—电源负极构成回路。电池插头闭锁开关得电，电池断路器脱扣线圈得电，电池断路器跳闸，整个系统断电。3.1.3本安隔离电路由急停开关、接线盒、128/24V变压器、隔离继电器、电池断路器组成。正常工作时，电池断路器闭合，隔离继电器就带电，其常闭触点打开，电池断路器脱扣线圈失电，为下一步系统送电准备。发生紧急情况时，急停开关动作，隔离继电器的常闭触点闭合，电池断路器脱扣线圈得电，断路器箱断路器跳闸，整个系统断电。222019/8/17太科院维修二部第二章电控系统原理3.1.4漏电保护回路由电源正极—继电器E线圈—漏电监视器常开开关—电源负极构成回路。正常情况下，漏电监视器常开触点闭合，继电器E线圈带电，其常开触点闭合为电机的起动准备条件。漏电情况下，漏电监视器常开触点就会断开，继电器E线圈失电，其常开触点断开，电机失电。从而起到漏电保护的功能。3.1.5门开关闭锁回路它有两个并联的常闭开关以及电池断路器组成。这两个常闭开关和隔离继电器的常闭触点以及电池插头闭锁的常闭开关是并联关系。正常工作时，门闭锁开关的常闭开关断开，断路器脱扣线圈失电，使系统能够正常工作。门闭锁开关断开时，其常闭触点闭合，断路器脱扣线圈得电，断路器箱断路器跳闸，整个系统断电。232019/8/17太科院维修二部第二章电控系统原理3.1.6泵电机起动回路电池断路器、设备断路器合闸后，把主开关把手推到“PARK”档，此时主开关触点MS2、继电器E常开触点闭合，泵电机就可以起动了：（1）轻按“泵起动”按钮，可以形成泵电机起动控制通路：电源正极—MS2—泵起动按钮—接触器P线圈—电源负极（2）当接触器P线圈得电后，又可以形成泵电机起动的主回路（泵电机带电阻起动）：电源正极—0.25欧消弧电阻—泵电机绕组—接触器P触头—电源负极242019/8/17太科院维修二部第二章电控系统原理（3）经过定时器0.6秒的延时后，又可以形成两个通路：泵起动按钮自保通路（泵起动按钮为瞬时动作按钮）：电源正极—