第3章电机车的电气控制讲解

电机车的电气控制矿用电机车通常都是采用直流串激电动机拖动的，由于串激电动机的机械特性是软特性，因而当负载转矩增大时，其转速自动降低，从而减小电流，牵引特性好，过载能力强。特别适用于起重和运输等负载变化较大的设备，在煤矿中主要用于拖动矿用电机车。矿用电机车按供电方式分为架线式和蓄电池式两种。架线式电机车的直流牵引电动机电压有100V、250V、550V三种；蓄电池式电机车的直流牵引电动机电压为40V、48V、56V、88V、90V、110V、120V、132V、144V、192V、256V等多种。它们用单电动机拖动或双电动机拖动。架线式电机车供电示意图如图3‑70所示图‑架线式电机车直流供电系统示意图交流电源；2-整流变压器；3-硅整流装置；4-架空线；5-受电弓；6-直流电动机；7-轨道；8-牵引变流室一、矿用电机车有触点电控系统有触点电控系统是利用控制器、电阻器等控制电机车的前进、后退、调速、制动等运行方式。该系统设备简单，控制方便，目前各矿仍采用，但由于电阻消耗电能不经济，将被无触点控制系统取代。有触点电控系统的组成及原理架线式与蓄电池式电机车的电控系统组成及原理基本相同。只是蓄电池式采用插销连接器与蓄电池连接，而架线式采用受电弓与架空线滑动连接。现以ZK10型架线式电机车电控系统为例介绍。1、电控系统的电路组成图‑ZK10型电机车电控系统图1）主回路主回路由受电弓、自动开关、控制器、电阻器、直流电动机等组成。图‑架线式电机车直流供电系统示意图交流电源；2-整流变压器；3-硅整流装置；4-架空线；5-受电弓；6-直流电动机；7-轨道；8-牵引变流室(1)受电弓受电弓是从架空线上取得电能的装置。受电弓是框架形，上部装有硅铝制成的接触条，作为与架空线的接触部分，并靠弹簧的作用力，使触条与架空线接触。图3‑72QKT8-2型控制器手柄位置图(2)自动开关自动开关QF是电机车电源总开关，具有过流保护作用。采用手动合闸和分闸，过流时自动跳闸。(3)控制器矿用架线电机车控制器分为主控制器和换向器两部分，前者用于电机车的启动、调速、制动和停车，后者用于电动机的换向。主控制器和换向器均由转动手柄操作，图3‑72画出了QKT8-3型控制器手柄位置图。a是主控制器手柄，也叫主轴手柄；b为换向器手柄，也叫可逆轴手柄，当扳定开车方向后，手柄可以取下，以防他人误操作，发生开反车现象。主控制器为凸轮式，由主轴和11对主触点及其灭弧装置组成。主触点沿轴向分别装在主轴一侧的11块绝缘板上，每个主触点上部装有电磁吹弧线圈和灭弧罩。主轴上装有与主触点相对应的绝缘凸轮，当凸轮转到凸出部分时，主触点被顶开，转到凹下处时，主触点在弹簧作用下自动闭合。这些凸轮的凸凹部分根据需要设计在不同位置上。当司机转动主轴手柄a时，主触点按设定的顺序闭合与断开，以达到控制的目的。主触点闭合关系见表3‑8，表中主控制器11对主触点的编号为K1～K3、1～7。表中左列为主轴手柄的18个挡位，其中0位是电动机断电位置，1～5位是2台电动机串联运行位置，X1～X3挡是2台电动机由串联到并联的过渡位置，6～8位是2台电动机并联运行位置，“Ⅵ～Ⅰ”位是2台电动机动力制动运行位置。表中×表示该触点对应左列位置接通。(4)电阻器电阻器R1～R4用于电动机启动、调速和制动时串在电动机主回路中，起限流和分压作用。它有线形和带形两种，均绕成螺旋管状，其材料多系高阻铁、镍、铬的合金。(5)直流串激电动机直流串激电动机M1、M2用于牵引矿用电机车。由于矿用电机车的工作条件比较恶劣，经常受到机械震动以及煤尘、潮气和污垢的侵入，因此直流电动机在结构上应该是坚固和封闭的。蓄电池式电机车的直流电动机为隔爆型，冷却方式多为自然冷却式。直流电动机有4个主磁极，只有2组电刷，这是为了检修与维护工作的方便。由于电机车必须两个方向行驶，所以电动机应能正、反向旋转。2）照明回路照明回路由手动照明开关SA、(内装6A的管型熔断器FU)、限流电阻R及127V的60W照明灯组成。2.电机车的启动开车时，司机将主轴手柄由“O”位依次转到最后“I”位，分别完成下列过程：(1)2台电动机串联启动主轴手柄转到“1”位时，由表3‑8可知，主触点L、1、K3、6闭合，串入电阻R1～R3，阻值共3.435Ω，且2台电动机串联后接入电源，电流路径为：架空线(+)－受电弓－自动开关QF－主触点(L)－1－R1－R2－R3－K3－10－S11－Ml－S12－C11－C12－12－6－Z－C22－C21－S22－M2－S21－地（图3‑71）。主轴手柄转到“2”位时，又有触点3闭合，短接R2，阻值降为2.061Ω，机车加速运行。主轴手柄转到“3”位时，又有触点2闭合，短接R1，阻值降为1.374Ω，机车继续加速。主轴手柄转到“4”位时，又有触点4闭合、而触点2断开，短接R3而接入Rl，阻值降为0.687Ω，机车继续加速。主轴手柄转到“5”位时，触点2闭合，短接R1，至此电阻全部切除，2台电动机串联，各承受电源电压的1/2，转速为全速的1/2。矿用电机车动力制动示意图图‑矿用电机车动力制动示意图(a)电动运行方式；(b)动力制动运行方式（二）电机车有触点电控系统的维护检修1.电气设备的日常维护(1)直流牵引电动机的维护牵引电动机的轴承应保持清洁；定期注油，保证有良好的润滑，若过热应清洗换油。炭刷在刷握中沿其轴向滑动自如，炭刷压力应保持31N～38N。炭刷与整流子接触面应光滑，磨损过度应更换。炭刷连接线应牢固，电气连接线应牢固。电动机内部油污、灰尘应及时清理。整流子表面应经常保持光滑、清洁。片间云母槽内应无油污和炭粉。(2)控制器的维护控制器转轴和闭锁装置应灵活、正确、牢固可靠，否则应及时调整、修理。消弧室应完整，消弧线圈应紧固，否则应纠正和更换。触点应保持良好的电气接触及一定的接触压力(主触点的压力为16N～23N；换向器触点压力为20N—30N)。接触面要光洁，烧伤应修理或更换。导电带或导线对地要有良好的绝缘，损伤的导电带或导线要处理或更换。(3)电阻器的维护电阻器上的煤尘应清除干净，电阻片和导线的连接应牢固。(4)受电弓的维护受电弓的滑板与接触线之间压力应调整到45N～50N，滑板过度磨损要及时更换。(5)插销连接器的维护插销连接器应定期清扫，插销零件损坏要更换，插销处的电缆密封应完整无损。(6)蓄电池箱的维护蓄电池机车的蓄电池之间连接导线应牢固，电池液不得存留在外壳及电池箱内，否则会产生漏电，应及时冲洗干净。蓄电池机车暂不使用时，应将蓄电池充足电后存放，再次使用应充电后使用。电气设备故障分析(1)控制器闭合后，电动机不转动，也无火花声。可能有下列原因：①电源停电。系统发生短路等故障，导致电源总开关自动断电；架线式电机车受电器软连接导线脱落；蓄电池式电机车插销连接器未接触好；保险丝熔断；蓄电池连线烧断，个别蓄电池电液漏尽。②换向器触点烧坏，回路断开。③主控制器触点烧坏，回路断开。④电阻器连接导线断开。⑤电动机炭刷被卡住，与整流片接触不上。激磁绕组断开或连接导线断开。(2)控制器闭合后，电动机不转动，或虽转动但牵引力显著下降；电火花声亦比正常大。一般是主回路有接地故障，通常是电动机或电阻器接地造成，严重时自动开关脱扣。(3)速度增减不均匀。可能是控制器中与电阻器连接切换的主触点接触不良造成。(4)在全速挡位，机车速度低。主要原因是控制器中全速挡的主触点接触不良造成。(5)电动机常见故障①电机过热。其原因有：牵引负载过重；较长时间处于启动阶段；短期内频繁启动。②电枢绕组、磁极绕组短路。原因有：过电压、过热、金属物受电磁或机械振动等，使线圈绕组短路。③电枢绕组、磁极绕组开路。主要是整流片和线圈绕组间开路，多因焊接不良或炭刷压力过大而引起过热和整流火花过大而造成。④整流子接触不良。整流火花大，炭刷跳动，火花呈绿