井下电机车中变频技术的应用

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摘要：近些年来我国在科技领域不断取得进展，拓展了变频技术应用的广度和深度，尤其在开采业中获得了显著的经济效益。与直流电机车相比，变频调速机车的节能效果明显，性价比也更为优越。本文对变频技术在井下架线式电机车中的应用进行了分析和探讨。

关键词：变频技术；井下架线；电机车；应用

前言

架线电机车是促进开采运输机械化的牵引电气设备之一，目前国内井下牵引电动机多为直流电动机，采取串电阻的调速方式。这样一来，换向器和电刷的存在会加大电动机的易损坏程度，增加了系统的维修量。因此，引入变频技术，使用交流牵引电动机和变频调速方式，有利于解决架线式电机车的弊端。

一、变频调速控制技术

随着电力电子技术的飞速发展，自动化控制技术正经历着一场新的变革。变频调速凭借卓越的调速启动、制动性能，高效率、高功率因数和节电功效，广泛的适用领域等被公认为发展前途最为广阔的调速方式。20世纪变压器的出现使改变电压成为一件易事，电力行业由此壮大，长期以来固定的交流电频率得以改变，变频调速技术的出现极大地提高了频率的利用效率。为了使变频调速控制运行正常，需要开环和闭环两类系统控制。开环负责简便控制，能够达到特性较硬、调速范围较宽和较平滑的效果。当负载对调速精度和转矩控制要求较低时，转速开环控制即可满足，对于要求较高的情况则需使用闭环反馈控制。闭环控制仍然利用速度反馈，而简单的速度负反馈只在一定程度上确保了调速精度，无法对转矩进行控制；遇到急剧加速减速时，可能造成电动机系统不稳定，对动态控制的性能欠佳，因而很有必要采用较复杂的反馈控制。

二、变频技术在井下电机车中应用的必要性

（一）直流串励电动机的缺陷

当前井下电机厂使用最多的牵引电动机为直流串励电动机，由于电机车在运输过程中需要获得多种运行速度，必须靠司机操控牵引电动机的转速。直流串励电动机的机械软特性是指，转速n与负载的轻重呈负相关，当电动机的转动力矩大时，转速偏低；当转动力矩减小时，电动机的转速加快。空载的电动机，此时极小的转动力矩对应极高的转速，可能会出现“飞车”现象，不仅严重恶化了换向条件，而且会损害转子，甚至发生人身事故。可见，应对串励电动机进行最低负载的规定，避免在空载下运行。电机车采用串励式调速方式时，会形成较大的启动冲击，无法顺利达到软启动。电机车司机的控制器是带负荷切换装置，在触头形成的冲击电流较大，容易引起短路而损害触头，无形中增加了材料耗费；在调速过程中不易保持平稳，加大了电机车司机操作和检修的困难，无法完善电路的保护系统，安全性能较低。

（二）交流电动机的操作优势

交流变频调速技术正在日趋完善，越来越多地受到生产部门的应用。在开采活动中，交流电机与直流电机相比，拥有更高的功率、效率，更低的维护成本，更方便的无电刷和换向器，交流电动机取代直流电动机在井下电机车的地位指日可待，是矿用电机车发展的新趋势。在井下架线式电机车中推广变频调速技术，能够显著提高电机车的调速性能，减轻设备磨损，降低备品备件的投资，保证控制力度精准，延长设备使用寿命，为完成井下轨道运输任务贡献力量。

三、变频调速的有效策略及应用

（一）交—直—交变频

井下架线式电机车应安装逆变设备，由此可直接获得电网上的直流电，并转化成可调控频率的三相交流电。这样一来，就可将用户较多的直流牵引电机车转变为基础性的交流电机车，并且在改造户后，改造者还能利用电源频率对工作的速度加以控制。

（二）变频调速的应用方法

首先将调速器固定，把换向和调速手柄处的设置调零，并手动关闭交流变频电机车开关，确保电流畅通。通电后，观察报警灯是否亮起，而后对准备灯进行观察，以两灯同时亮起作为开展其后一系列工作的标志。先转动换向手柄，调整到工作所需的方向，等待一段时间后，工作灯亮起机器即可开始工作，可将调速手柄调到机器某功能所需速度。由于运载量过大，超载现象时有发生，此时矿用电机形成短路，变频调速交流电机车的警示灯亮起，正在运行的工作自动停止，工作者可在排除相应隐患之后，通过“复位”实施恢复。

（三）变频技术在井下电机车的应用

三相异步变频调速电动机具有较高的可靠性，故障率低，鼠笼转子无换向铜头和线圈，增加了密闭性，也减少了因潮湿等原因对绝缘性能的损害。同时减少了碳刷的消耗，降低了维修量，运行费用少。在控制器的维护量方面，变频调速控制器换向调速的构成成分是簧管、电位器等，无触点，减少了维修量。在电力消耗方面，将架线式交流牵引变频调速电机车应用到同一牵引电网上，能够将牵引电网馈电功能作为上坡运行列车电能消耗的补偿，大幅提高节电率。在调速性能上，实现了无级调速，调速均匀。最后，交流牵引电动机通过直接转矩控制，在相同的粘着条件下产生更大的牵引力。

四、结语

总之，交流电动机的变频技术深受工业用户欢迎，已经成为电动机调速的新方向。特别是在井下架线式电动车中，它的性能具备非常大的使用空间，在更加恶劣、耗电更大的生产环境中，应用和推广变频技术将有巨大的实际意义。

参考文献：

[1]常爱军,张小明.矿用电机车牵引电动机故障原因及防范措施[J].科技情报开发与经济,2009,(17).

[2]周春志.变频调速装置在煤矿生产中的应用研究[J].价值工程,2011,(7).科学技术

作者:龚立志 单位:开滦范各庄矿井运区