引言

　　在隧道開挖施工中， 國內目前幾乎都采用有軌運渣的形式， 其動力設備絕大多數都采用礦用蓄電池電機車。即用蓄電池作為機車運行的動力來源。在這種動力結構中， 直流電機一直都是電機車的動力核心， 特別是在防爆環境中更是如此。

　　直流電機的工作性能很優秀， 從礦用電機車的發展歷史來看， 直流電機一直在機車動力牽引上發揮著重要作用。

　　防爆型礦用電機車也是如此。在防爆型電機車中， 直流電機被做成防爆形式。然而， 由于直流電機在運行時會產生強烈的換向火花， 所以， 防爆型直流電機的外殼必須被打造得十分堅固厚實， 電機外殼密封和防水部分的加工及制造工藝也相應復雜。盡管這些都能做到， 但直流防爆型電機在各類復雜工況下使用的適應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、整機使用壽命短等缺點。其中碳刷及相關部件的使用耐久性一直是問題的要點所在。

　　1 直流電機車及其局限性

　　礦用蓄電池直流電機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， 這一點也給電機的相關電氣部件的防爆結構增加了復雜性。

　　在正常啟動和運行情況下， 調速手柄都是先掛 1 檔， 這時電機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兩臺直流電機的電樞直流電阻之和當電機啟動之后， 可將調速手柄向高位檔調節， 以使電機獲取較高的電壓并逐步加速。在第4 檔時， U dc全部被施加到電機兩端， 此時電機電流最大且速度最高。

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

　　在實際工況中， 電機啟動所引起的過電流還經常損壞電機， 蓄電池也因經常過放電使其遭受損害并縮短其使用壽命。而調速器 Ts 在實施檔位切換時也會產生火花等等。這些都引起機車多處防爆結構復雜， 整體防爆負擔加重。長期以來，人們都在努力改變現狀。

　　2 交流礦用蓄電池電機車

　　由于變頻技術的迅速發展及成熟， 以交流電機為動力核心的防爆型礦用蓄電池電機車開始出現。

　　T 1 T 6是 6 個快速關斷的功率二極管，它們由微電腦程序集中協調控制， 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定曲線或方式改變、可調， 實現對交流電機的恒扭矩和恒功率調速。T 1 T 6也被稱為無觸點開關。

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

　　從交流電機的軟啟動及其電路的結構來看，有如下幾個優點：

　　（ 1） 電路中無觸點式開關元件；

　　（ 2） 過高啟動電流被消除。

　　在實際工況中， 當由于某個原因使機車電機被卡住時， 電機的轉子就會轉不動。這時變頻器會通過傳感器將這種現象判斷出來， 并會將施加到電機上的電壓和頻率立即自動地調節下來， 以防止過電流的產生而損壞電機。由于變頻器的各種保護機構的完善和穩定， 所以交流電機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開關的使用都給交流電機車的防爆結構減輕了負擔， 也降低了其復雜性， 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點外， 還由于變頻技術在控制理論上的突破， 使交流電機的調速及工作性能幾乎與直流電機相同。

　　3 結束語

　　從總體來看， 交流電機的結構比直流電機簡單得多。特別是交流電機為感應式電機， 無碳刷結構因而也無換向火花， 有工作壽命長和易于維護的突出優點。

　　另外， 交流電機的速度調節和檔位切換也都實現了用電子和光控的方式進行等等。這些都為設計和易于實現交流電機的防爆結構提供了便利。綜上所述， 在爆炸環境中施工， 交流防爆結構也更具有安全性。

　　從以上多方面的對比來看， 在爆炸環境施工中， 礦用蓄電池變頻電機車比同類型直流電機車的各主要性能都優越得多。事實上， 人們已開始著手在各施工領域里， 全面地將交流電機車加以推廣應用。而直流電機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車等等。

　　因此， 在爆炸環境施工中， 交流礦用蓄電池電機車是未來的發展方向。