引言

　　在隧道開挖施工(gōng)中(zhōng)， 國(guó)内目前幾乎都采用(yòng)有(yǒu)軌運渣的形式， 其動力設備絕大多(duō)數都采用(yòng)礦用(yòng)蓄電(diàn)池電(diàn)機車(chē)。即用(yòng)蓄電(diàn)池作(zuò)為(wèi)機車(chē)運行的動力來源。在這種動力結構中(zhōng)， 直流電(diàn)機一直都是電(diàn)機車(chē)的動力核心， 特别是在防爆環境中(zhōng)更是如此。

　　直流電(diàn)機的工(gōng)作(zuò)性能(néng)很(hěn)優秀， 從礦用(yòng)電(diàn)機車(chē)的發展曆史來看， 直流電(diàn)機一直在機車(chē)動力牽引上發揮着重要作(zuò)用(yòng)。

　　防爆型礦用(yòng)電(diàn)機車(chē)也是如此。在防爆型電(diàn)機車(chē)中(zhōng)， 直流電(diàn)機被做成防爆形式。然而， 由于直流電(diàn)機在運行時會産(chǎn)生強烈的換向火花(huā)， 所以， 防爆型直流電(diàn)機的外殼必須被打造得十分(fēn)堅固厚實， 電(diàn)機外殼密封和防水部分(fēn)的加工(gōng)及制造工(gōng)藝也相應複雜。盡管這些都能(néng)做到， 但直流防爆型電(diàn)機在各類複雜工(gōng)況下使用(yòng)的适應性和耐久性問題仍然沒有(yǒu)得到很(hěn)好的解決， 即還是躲避不了其故障率高、維修困難、整機使用(yòng)壽命短等缺點。其中(zhōng)碳刷及相關部件的使用(yòng)耐久性一直是問題的要點所在。

　　1 直流電(diàn)機車(chē)及其局限性

　　礦用(yòng)蓄電(diàn)池直流電(diàn)機車(chē)在其啓動和制動方面， 始終存在着一個電(diàn)流過大而又(yòu)不易控制的問題， 這一點也給電(diàn)機的相關電(diàn)氣部件的防爆結構增加了複雜性。

　　在正常啓動和運行情況下， 調速手柄都是先挂 1 檔， 這時電(diàn)機獲取的電(diàn)壓最低且電(diàn)樞電(diàn)流最小(xiǎo)， 即：I D = U dc R 1 + R D（ 1）式中(zhōng) I D電(diàn)機電(diàn)流U dc蓄電(diàn)池電(diàn)壓R 1啓動和制動電(diàn)阻R D兩台直流電(diàn)機的電(diàn)樞直流電(diàn)阻之和當電(diàn)機啓動之後， 可(kě)将調速手柄向高位檔調節， 以使電(diàn)機獲取較高的電(diàn)壓并逐步加速。在第4 檔時， U dc全部被施加到電(diàn)機兩端， 此時電(diàn)機電(diàn)流最大且速度最高。

　　然而在實際運渣過程中(zhōng)， 由于載荷、坡道、機車(chē)輪脫軌等各種因素的影響， 機車(chē)往往不能(néng)由調速器的前三個檔啓動， 即啓動力不夠。在此情況下， 機車(chē)隻能(néng)采取全壓啓動。但是當使用(yòng)第 4 檔直接啓動電(diàn)機時， 電(diàn)機電(diàn)流會很(hěn)大。一但上述所提到的各種因素之一使電(diàn)機遇阻被卡住時， 熔斷器很(hěn)快被燒斷。大電(diàn)流導緻熔斷器産(chǎn)生高溫高熱而熔斷， 這在施工(gōng)中(zhōng)十分(fēn)頻繁。這是直流牽引方式在其防爆環境中(zhōng)施工(gōng)的另一個不利之處。

　　在實際工(gōng)況中(zhōng)， 電(diàn)機啓動所引起的過電(diàn)流還經常損壞電(diàn)機， 蓄電(diàn)池也因經常過放電(diàn)使其遭受損害并縮短其使用(yòng)壽命。而調速器 Ts 在實施檔位切換時也會産(chǎn)生火花(huā)等等。這些都引起機車(chē)多(duō)處防爆結構複雜， 整體(tǐ)防爆負擔加重。長(cháng)期以來，人們都在努力改變現狀。

　　2 交流礦用(yòng)蓄電(diàn)池電(diàn)機車(chē)

　　由于變頻技(jì )術的迅速發展及成熟， 以交流電(diàn)機為(wèi)動力核心的防爆型礦用(yòng)蓄電(diàn)池電(diàn)機車(chē)開始出現。

　　T 1 T 6是 6 個快速關斷的功率二極管，它們由微電(diàn)腦程序集中(zhōng)協調控制， 可(kě)将直流電(diàn)逆變成三相交流電(diàn)， 并且輸出的電(diàn)壓和頻率可(kě)按規定曲線(xiàn)或方式改變、可(kě)調， 實現對交流電(diàn)機的恒扭矩和恒功率調速。T 1 T 6也被稱為(wèi)無觸點開關。

　　交流電(diàn)機在啓動時， 變頻器所輸出的電(diàn)壓幅值和頻率可(kě)按事先所設定的變化速率， 逐步地同時由小(xiǎo)增大。因此， 給電(diàn)機所施加的電(diàn)壓永遠(yuǎn)都是逐漸增加的， 沒有(yǒu)突變性。由于這樣， 當電(diàn)機轉子轉動起來時， 加在電(diàn)機上逐步增高的電(diàn)壓也因轉子引起感應電(diàn)勢的作(zuò)用(yòng)， 使電(diàn)機電(diàn)流不會受到一定的抑制， 電(diàn)路和電(diàn)器都不會因持續過大電(diàn)流而産(chǎn)生高溫及高熱， 這就是交流電(diàn)機的軟啓動。

　　從交流電(diàn)機的軟啓動及其電(diàn)路的結構來看，有(yǒu)如下幾個優點：

　　（ 1） 電(diàn)路中(zhōng)無觸點式開關元件；

　　（ 2） 過高啓動電(diàn)流被消除。

　　在實際工(gōng)況中(zhōng)， 當由于某個原因使機車(chē)電(diàn)機被卡住時， 電(diàn)機的轉子就會轉不動。這時變頻器會通過傳感器将這種現象判斷出來， 并會将施加到電(diàn)機上的電(diàn)壓和頻率立即自動地調節下來， 以防止過電(diàn)流的産(chǎn)生而損壞電(diàn)機。由于變頻器的各種保護機構的完善和穩定， 所以交流電(diàn)機從不遭受過電(diàn)流的損傷， 電(diàn)路中(zhōng)的熔斷器也很(hěn)少被燒斷，因此延長(cháng)了蓄電(diàn)池的使用(yòng)壽命。

　　過電(diàn)流的抑制和無觸點開關的使用(yòng)都給交流電(diàn)機車(chē)的防爆結構減輕了負擔， 也降低了其複雜性， 增加了可(kě)靠性， 并使制造成本相對偏低。

　　除了在電(diàn)路上有(yǒu)以上優點外， 還由于變頻技(jì )術在控制理(lǐ)論上的突破， 使交流電(diàn)機的調速及工(gōng)作(zuò)性能(néng)幾乎與直流電(diàn)機相同。

　　3 結束語

　　從總體(tǐ)來看， 交流電(diàn)機的結構比直流電(diàn)機簡單得多(duō)。特别是交流電(diàn)機為(wèi)感應式電(diàn)機， 無碳刷結構因而也無換向火花(huā)， 有(yǒu)工(gōng)作(zuò)壽命長(cháng)和易于維護的突出優點。

　　另外， 交流電(diàn)機的速度調節和檔位切換也都實現了用(yòng)電(diàn)子和光控的方式進行等等。這些都為(wèi)設計和易于實現交流電(diàn)機的防爆結構提供了便利。綜上所述， 在爆炸環境中(zhōng)施工(gōng)， 交流防爆結構也更具(jù)有(yǒu)安(ān)全性。

　　從以上多(duō)方面的對比來看， 在爆炸環境施工(gōng)中(zhōng)， 礦用(yòng)蓄電(diàn)池變頻電(diàn)機車(chē)比同類型直流電(diàn)機車(chē)的各主要性能(néng)都優越得多(duō)。事實上， 人們已開始着手在各施工(gōng)領域裏， 全面地将交流電(diàn)機車(chē)加以推廣應用(yòng)。而直流電(diàn)機車(chē)也在逐步地被取代。如城市地鐵中(zhōng)使用(yòng)的各大噸位交流蓄電(diàn)池電(diàn)機車(chē)、在崇山(shān)峻嶺中(zhōng)開挖公(gōng)路和鐵路隧道的各類型交流礦用(yòng)蓄電(diàn)池電(diàn)機車(chē)等等。

　　因此， 在爆炸環境施工(gōng)中(zhōng)， 交流礦用(yòng)蓄電(diàn)池電(diàn)機車(chē)是未來的發展方向。