涡流刹车控制系统的故障成因与排除

    1 系统概述     该装置包括控制电源单元4组定子线圈的刹车筒和辅助的水冷设施部分，前者主要为定子线圈提供一个0-250VDC 0-80A范围内无级调制的制动电源，在磁场作用下相对的滚筒转子形成反向制动的涡流，从而产生一定范围内无级可调的制动扭矩，以控制绞车滚筒的速度，配合带式机械刹车装置能使游车安全可靠地停在一定高度内的任意位置。

   系统将输入的三相交流电源整流为恒定的直流电源 另外有一个带手柄的司钻操作控制单元，其PWM-CL （PULSE-WIDTH-MODULATE-CURRENTLIMIT）部分提供一个瞬间振荡的信号，根据手柄所在位置反馈一定振幅的方波脉冲到 PWM-CL 电子板，产生调制晶体管的信号，通过改变基极与发射极间的信号去调节集电极与发射极开度的大小，以调节上述直流电源输出值，作用于4组线圈，产生涡流，转子因而产生制动力矩，控制电路对调制信号的脉宽幅值加以限制，对控制单元和线圈则是保护司钻操作时只要输出电压在额定值一半以上持续超过十分钟， PWM-CL 会控制其输出电流减半，以实现保护当下一状态出现又会立即根据手柄位置输出相应的电压。

    当出现短路或过电流时， PWM-CL 将及时自动减少调制脉宽，关断晶体管的控制极，禁止其输出，进一步保护系统系统设计实现了智能性的保护，其配置是经济合理功能齐全。

    2 核心元件晶体管     整流后的250V直流电源正极经过熔断器后直接接到刹车定子线圈，负极通过一电源模块中受控的NPN型晶体管再接到定子线圈，关键元件就是起开关特性的晶体管，本身附一块信号驱动板，该板控制晶体管基极b 发射极e之间信号电压，调节集电极c与发射极e的开度，输出0-250VDC可调的直流电压250V从损坏的三只晶体管分析，有两只呈现电子元件老化的迹象，主要是外界干扰所致，打开控制箱门检查过程中，使用数字式钳流表测绘电流， 当外界有高频装备使用时，显示电流大幅增加，因为无线电信号进入系统控制电子板时，如接收机一样，产生一个高于最大额定脉冲信号值作用于晶体管上，使得晶体管开度值突然超过额定值，使加在c,e间的250v直流电压突加于线圈两端，产生一个大电流将c,e之间PW结击穿，从而损坏晶体管.实际使用中电流是个渐增的过程，需要一定的响应时间在高频干扰下，捕获的b,e间的电压信号明显大于原来的0.87vdc信号，所测b,e的直流电阻值显示 则正常，从而说明上述结论的正确性。

    3 ICBT的改进及出现的问题     由于电子产品的迅猛发展，早年使用的大功率晶体管逐渐被淘汰，市场上极难采购，这样替代原先所附模块的是原理相似的ICBT及与其配套触发驱动电路板，但实际运行中ICBT先后也损坏两只。     检查中发现第一只ICBT控制极烧断，另一只模块是在使用过程中烧毁的ICBT理论分析模块不应烧坏，因为刹车线圈没有出现异常，控制板也有一连串的过载保护ICBT线圈的电流在通过散热板与 ICBT器件之间时产生大量的热量加之紧挨模块上方的放电电阻组件产生热辐射加大了的温升的承受能力.从已损坏的ICBT管内部情况看，也表明热量未及时散发是造成烧毁的主要因素，IGBT和内部二极管的PN结均受高温影响融化后短路，但其附带驱动板并没损坏。与原配晶体管比较，IGBT耐温程度稍逊，但其运行要求有强制通风散热的措施PN三极管的结和bce三极是全金属封装，抗温升能力较强 原对应备件被改装成IGBT控制，但未考虑到系统控制箱中有放电电阻，新旧备件使用不匹配且无任何通风设施的因素，盲目对此进行了局部改动。

     4 改进措施      在国内采购了进口器件SEMITRANS SKM100GB 124D型的IGBT管，针对性地进行如下调整。

     首先，在安装IGBT的方式和工艺上作了变动，二极管导电部位设计考虑相应温升，散热片与晶体管导热接触面加涂导热脂，增强导热率。     第二，将系统所用放电、降压电阻等组件迁移出原来位置，减少外来热量的干扰，增装排风扇加强模块热量的散发。     第三，线路上重新安装一只参数符合的二极管代替反向保护二极管；双管型只用一半，完好的另一半可做备用。     第四，减少外来无线电干扰，电子板可靠接地，系统输出的最大、最小值向理论数据调校为了避免直接带大负载而可能损坏 ，不接定子线圈，采用一只灯泡模拟操作测试各部分的功能，检测各点输出的参数。确定无异，恢复原接线通电，从零逐渐到最大额定输出测量参数，电流、电压、温升值完全符合范围，静态、动态长时间使用，效果比较理想。

   实践证明，作上述改动后，消除了可能产生故障的隐患，正常工况下运行至今，各个运行参数功能表现良好，再未出现任何故障。