變頻調(diào)速技術在礦用架線式電機車上的應用

孔祥生　吳印虎　張魯

摘要：煤礦的運輸裝置之一是礦用架線式電機車，變頻調(diào)速技術在礦用架線式電機車上的應用為煤礦帶來了可觀的經(jīng)濟效益。文章首先介紹了變頻調(diào)速技術的發(fā)展，其次闡述了變頻調(diào)速技術在礦用電機車上應用的必要性，重點論述了礦用架線電機車上變頻調(diào)速技術的應用，為煤礦的安全生產(chǎn)提供了保障。

關鍵詞：變頻調(diào)速技術；礦用架線式電機車；煤礦運輸裝置；煤礦安全生產(chǎn)；交流電動機 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD641 文章編號：1009-2374（2015）23-0163-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.082

礦用架線式電機車是煤礦生產(chǎn)所需的一種主要的運輸裝置，隨著科學的發(fā)展，煤礦企業(yè)已在電機車上使用變頻調(diào)速器，并使用交流電動機，已淘汰過去的電阻降壓調(diào)速電機車。傳統(tǒng)的調(diào)速方法對煤礦企業(yè)的經(jīng)濟效益和安全生產(chǎn)水平有很大的影響，傳統(tǒng)的電機車電控系統(tǒng)故障頻繁、維修量大、消耗材料配件多且費用高，不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。而變頻調(diào)速電機車具有適應能力強、節(jié)電率高、運行平穩(wěn)、故障少、維修方便等特點，在煤礦運輸中具有非常好的推廣使用價值。

1 變頻調(diào)速技術

近幾年來，電力電子技術飛速發(fā)展，自動化控制技術也不甘落后，電氣傳動技術已經(jīng)經(jīng)歷著一場新的變革，交流變頻技術取代直流變頻技術已經(jīng)成為必然。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速啟動、制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其他許多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。交流調(diào)速中最活躍、發(fā)展最快的就是變頻調(diào)速技術。變頻調(diào)速是交流調(diào)速的基礎和主干內(nèi)容。20世紀變壓器的出現(xiàn)使改變電壓變得很容易，從而造就了一個龐大的電力行業(yè)。長期以來，交流電的頻率一直是固定的，變頻調(diào)速技術的出現(xiàn)使頻率變?yōu)榭梢猿浞掷玫馁Y源。

2 變頻調(diào)速技術在礦用電機車上應用的必要性

當今形勢下，直流串勵電機經(jīng)常使用的是牽引電機。在輸送的過程當中，電機要求各種各樣的速度，為此務必實施相應的策略，這就要求司機對牽引電機的轉(zhuǎn)速進行控制。直流串勵電機有著機械軟特性，也就是說其轉(zhuǎn)速會在負載輕重的影響之下發(fā)生改變，換言之，電機在轉(zhuǎn)動力矩大的情況下轉(zhuǎn)速低，倘若減小轉(zhuǎn)動力矩，就能夠提升電機的轉(zhuǎn)速。在電機空載的情況下，因為其轉(zhuǎn)動力矩十分小，所以具備十分快的轉(zhuǎn)速，能夠出現(xiàn)“飛車”的情況。這個時候不但會導致?lián)Q向條件的惡化，而且還會使轉(zhuǎn)子損壞，導致人身安全事故的出現(xiàn)。因此串勵電機不利于在空載的情況下運轉(zhuǎn)，在通常情況下，輕載運轉(zhuǎn)的最小負荷應當在額定負荷的25%～30%以上。由于串勵式調(diào)速方式的電機車能夠形成比較大的啟動沖擊，因此不可以進行理想的軟啟動。電機車司機控制器借助帶負荷進行切換，在觸頭承受著較大的沖擊電流，這會出現(xiàn)短路且使觸頭燒壞的情況，導致材料消耗的增多。在進行調(diào)速的時候不夠平穩(wěn)，電機車司機難以操作，也不便于檢修，這導致電路保護系統(tǒng)的不健全和危險性。

在交流變頻調(diào)速技術越來越進步的影響下，生產(chǎn)實踐當中被日益普遍地應用，與直流電機進行比較，交流電機有著維護費用少、效率高、功率大的特點，沒有換向器與電刷，為此，在礦用機車上通過交流電機代替直流電機是礦用電機車的發(fā)展趨勢。變頻調(diào)速技術在礦用電機車上的應用和推廣，能夠使電機車的調(diào)度性能提升，減少裝置的磨損，提升控制精度，降低備件的投入，延長裝置的應用年限，進而與煤礦井下軌道輸送發(fā)展的需要相符合。

3 變頻調(diào)速技術在礦用架線電機車上的應用

3.1 牽引電機有著較高的可靠性

因為絕緣的下降與過流等的制約，直流電牽引電機轉(zhuǎn)子線圈會被損壞，因為轉(zhuǎn)子換向銅頭碳刷較易損耗、受到磨損以及因為不能夠?qū)崟r性地清理轉(zhuǎn)子碳粉等的緣故，會導致比較高的故障率，而損壞的配件也需要比較高的更換成本。而借助三相異步變頻電機具備比較高的可靠性，由于鼠籠轉(zhuǎn)子缺少線圈與換向銅頭有具備好的密閉性能，不容易出現(xiàn)由于環(huán)境潮濕而使絕緣性能降低，進而損壞裝置的情況，相比較而言，不需要太多的維修，從而不容易出現(xiàn)故障，這使運行的成本

減少。

3.2 良好的調(diào)速性能

借助牽引電動機的串并聯(lián)與增減并列電阻來實施架線直流牽引電阻調(diào)速電機車的調(diào)速。在負載的改變下，直流牽引電機的轉(zhuǎn)速會隨之出現(xiàn)改變，在下坡運轉(zhuǎn)的情況下也容易導致飛車出軌的現(xiàn)象。電機車司機在進行操作的過程當中，瞬間的加速會使調(diào)速器以及牽引電機受到損壞。而屬于無機類型調(diào)速的交流牽引變頻調(diào)速，其具備均勻性的調(diào)速，牽引電機根據(jù)給定的頻率大小進行減速以及增速，其中最低能夠給定小于0.1Hz的速度，也能夠?qū)ψ罡哕囁傧拗七M行有效的設計，即便是下坡輕載也不會導致超速飛車情況的出現(xiàn)。即使司機是在零速啟動之后瞬時向最高速度增加，電機車依舊在5s之后才可以實現(xiàn)最高的速度。

3.3 電力消耗少

借助直流電機來牽引電阻調(diào)速的電機車，在下坡的過程中不能夠反饋牽引電網(wǎng)，為此，直流牽引的架線電機車在減速制動以及啟動架線電機車的時候會使能量浪費。變頻調(diào)速電機車可以設置電機車為牽引電網(wǎng)饋電功能，從而使上坡列車的消耗的電能得以補償，有著顯著的節(jié)能成效。

3.4 電機車的維修減少

對于機械傳動系統(tǒng)而言，直流電阻調(diào)速電機車有級調(diào)速具備沖擊力，這較易損壞齒輪。頻繁地應用手制動，會嚴重地磨損閘瓦，這就往往要求進行更換。而應用交流牽引變頻調(diào)速電機車，在改變頻率、變換速度的影響下，大概在5s之內(nèi)的時間會慢慢提升，這樣就不會強烈沖擊傳動系統(tǒng)。在減速停車以及運轉(zhuǎn)的過程中不需手制動，從而不至于使閘瓦受到磨損。交流異步電機很少出現(xiàn)故障，能夠?qū)与娮杳馊ァ?/p>

3.5 啟動運行平穩(wěn)

變頻調(diào)速技術應用于礦用架線式電機車中，啟動運行平穩(wěn)，操作人員有舒適感；啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流的1.5倍，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和供電容量的要求。

3.6 可操控性和安全性高

電機車在拉弓斷電或者在無電區(qū)的環(huán)境下運行時，電機通過動能轉(zhuǎn)換成電能使變頻器在一定時間內(nèi)仍能正常工作，所具有的有電制動和無電制動功極大地提高了電機車的可操控性和安全性。

4 結(jié)語

總之，礦用架線式電機車應用變頻調(diào)速技術，使得電機車啟動轉(zhuǎn)矩大、牽引力變強，能實現(xiàn)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速功能，并且架線式電機車可以實現(xiàn)電氣制動，不會對機械產(chǎn)生磨損。礦用架線式電機車應用變頻調(diào)速技術，節(jié)能效果也非常顯著，關鍵部件幾乎免于維修，使得礦井的維修費用大大降低，為礦井發(fā)展帶來可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。

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作者簡介：孔祥生（1983-），男，山東曲阜人，山東義能煤礦有限公司技術員，助理工程師，研究方向：煤礦機電設備管理。

（責任編輯：蔣建華）endprint