引言

　　在隧道開挖施工中， 國內(nèi)目前幾乎都采用有軌運(yùn)渣的形式， 其動力設(shè)備絕大多數(shù)都采用礦用蓄電池電機(jī)車。即用蓄電池作為機(jī)車運(yùn)行的動力來源。在這種動力結(jié)構(gòu)中， 直流電機(jī)一直都是電機(jī)車的動力核心， 特別是在防爆環(huán)境中更是如此。

　　直流電機(jī)的工作性能很優(yōu)秀， 從礦用電機(jī)車的發(fā)展歷史來看， 直流電機(jī)一直在機(jī)車動力牽引上發(fā)揮著重要作用。

　　防爆型礦用電機(jī)車也是如此。在防爆型電機(jī)車中， 直流電機(jī)被做成防爆形式。然而， 由于直流電機(jī)在運(yùn)行時會產(chǎn)生強(qiáng)烈的換向火花， 所以， 防爆型直流電機(jī)的外殼必須被打造得十分堅固厚實(shí)， 電機(jī)外殼密封和防水部分的加工及制造工藝也相應(yīng)復(fù)雜。盡管這些都能做到， 但直流防爆型電機(jī)在各類復(fù)雜工況下使用的適應(yīng)性和耐久性問題仍然沒有得到很好的解決， 即還是躲避不了其故障率高、維修困難、整機(jī)使用壽命短等缺點(diǎn)。其中碳刷及相關(guān)部件的使用耐久性一直是問題的要點(diǎn)所在。

　　1 直流電機(jī)車及其局限性

　　礦用蓄電池直流電機(jī)車在其啟動和制動方面， 始終存在著一個電流過大而又不易控制的問題， 這一點(diǎn)也給電機(jī)的相關(guān)電氣部件的防爆結(jié)構(gòu)增加了復(fù)雜性。

　　在正常啟動和運(yùn)行情況下， 調(diào)速手柄都是先掛 1 檔， 這時電機(jī)獲取的電壓最低且電樞電流最小， 即：I D = U dc R 1 + R D（ 1）式中 I D電機(jī)電流U dc蓄電池電壓R 1啟動和制動電阻R D兩臺直流電機(jī)的電樞直流電阻之和當(dāng)電機(jī)啟動之后， 可將調(diào)速手柄向高位檔調(diào)節(jié)， 以使電機(jī)獲取較高的電壓并逐步加速。在第4 檔時， U dc全部被施加到電機(jī)兩端， 此時電機(jī)電流最大且速度最高。

　　然而在實(shí)際運(yùn)渣過程中， 由于載荷、坡道、機(jī)車輪脫軌等各種因素的影響， 機(jī)車往往不能由調(diào)速器的前三個檔啟動， 即啟動力不夠。在此情況下， 機(jī)車只能采取全壓啟動。但是當(dāng)使用第 4 檔直接啟動電機(jī)時， 電機(jī)電流會很大。一但上述所提到的各種因素之一使電機(jī)遇阻被卡住時， 熔斷器很快被燒斷。大電流導(dǎo)致熔斷器產(chǎn)生高溫高熱而熔斷， 這在施工中十分頻繁。這是直流牽引方式在其防爆環(huán)境中施工的另一個不利之處。

　　在實(shí)際工況中， 電機(jī)啟動所引起的過電流還經(jīng)常損壞電機(jī)， 蓄電池也因經(jīng)常過放電使其遭受損害并縮短其使用壽命。而調(diào)速器 Ts 在實(shí)施檔位切換時也會產(chǎn)生火花等等。這些都引起機(jī)車多處防爆結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 整體防爆負(fù)擔(dān)加重。長期以來，人們都在努力改變現(xiàn)狀。

　　2 交流礦用蓄電池電機(jī)車

　　由于變頻技術(shù)的迅速發(fā)展及成熟， 以交流電機(jī)為動力核心的防爆型礦用蓄電池電機(jī)車開始出現(xiàn)。

　　T 1 T 6是 6 個快速關(guān)斷的功率二極管，它們由微電腦程序集中協(xié)調(diào)控制， 可將直流電逆變成三相交流電， 并且輸出的電壓和頻率可按規(guī)定曲線或方式改變、可調(diào)， 實(shí)現(xiàn)對交流電機(jī)的恒扭矩和恒功率調(diào)速。T 1 T 6也被稱為無觸點(diǎn)開關(guān)。

　　交流電機(jī)在啟動時， 變頻器所輸出的電壓幅值和頻率可按事先所設(shè)定的變化速率， 逐步地同時由小增大。因此， 給電機(jī)所施加的電壓永遠(yuǎn)都是逐漸增加的， 沒有突變性。由于這樣， 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來時， 加在電機(jī)上逐步增高的電壓也因轉(zhuǎn)子引起感應(yīng)電勢的作用， 使電機(jī)電流不會受到一定的抑制， 電路和電器都不會因持續(xù)過大電流而產(chǎn)生高溫及高熱， 這就是交流電機(jī)的軟啟動。

　　從交流電機(jī)的軟啟動及其電路的結(jié)構(gòu)來看，有如下幾個優(yōu)點(diǎn)：

　　（ 1） 電路中無觸點(diǎn)式開關(guān)元件；

　　（ 2） 過高啟動電流被消除。

　　在實(shí)際工況中， 當(dāng)由于某個原因使機(jī)車電機(jī)被卡住時， 電機(jī)的轉(zhuǎn)子就會轉(zhuǎn)不動。這時變頻器會通過傳感器將這種現(xiàn)象判斷出來， 并會將施加到電機(jī)上的電壓和頻率立即自動地調(diào)節(jié)下來， 以防止過電流的產(chǎn)生而損壞電機(jī)。由于變頻器的各種保護(hù)機(jī)構(gòu)的完善和穩(wěn)定， 所以交流電機(jī)從不遭受過電流的損傷， 電路中的熔斷器也很少被燒斷，因此延長了蓄電池的使用壽命。

　　過電流的抑制和無觸點(diǎn)開關(guān)的使用都給交流電機(jī)車的防爆結(jié)構(gòu)減輕了負(fù)擔(dān)， 也降低了其復(fù)雜性， 增加了可靠性， 并使制造成本相對偏低。

　　除了在電路上有以上優(yōu)點(diǎn)外， 還由于變頻技術(shù)在控制理論上的突破， 使交流電機(jī)的調(diào)速及工作性能幾乎與直流電機(jī)相同。

　　3 結(jié)束語

　　從總體來看， 交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)比直流電機(jī)簡單得多。特別是交流電機(jī)為感應(yīng)式電機(jī)， 無碳刷結(jié)構(gòu)因而也無換向火花， 有工作壽命長和易于維護(hù)的突出優(yōu)點(diǎn)。

　　另外， 交流電機(jī)的速度調(diào)節(jié)和檔位切換也都實(shí)現(xiàn)了用電子和光控的方式進(jìn)行等等。這些都為設(shè)計和易于實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)的防爆結(jié)構(gòu)提供了便利。綜上所述， 在爆炸環(huán)境中施工， 交流防爆結(jié)構(gòu)也更具有安全性。

　　從以上多方面的對比來看， 在爆炸環(huán)境施工中， 礦用蓄電池變頻電機(jī)車比同類型直流電機(jī)車的各主要性能都優(yōu)越得多。事實(shí)上， 人們已開始著手在各施工領(lǐng)域里， 全面地將交流電機(jī)車加以推廣應(yīng)用。而直流電機(jī)車也在逐步地被取代。如城市地鐵中使用的各大噸位交流蓄電池電機(jī)車、在崇山峻嶺中開挖公路和鐵路隧道的各類型交流礦用蓄電池電機(jī)車等等。

　　因此， 在爆炸環(huán)境施工中， 交流礦用蓄電池電機(jī)車是未來的發(fā)展方向。