變頻電機車的應(yīng)用

　　變頻電機車的應(yīng)用，是小編為大家精心整理的關(guān)于變頻電機車的論文，歡迎各位機電一體化的同學(xué)閱讀!

　　摘要： 文章由礦用直流架線式電機車存在問題入手，基于變頻調(diào)速的方向探討電機車的改造方案，再將直流電阻調(diào)速電機車與交流牽引變頻調(diào)速電機車作對比，凸顯變頻調(diào)速電機車的性能及優(yōu)勢，為變頻電機車在礦井作業(yè)中的應(yīng)用打下良好的理論基礎(chǔ)。

　　關(guān)鍵詞： 直流架線式電機車;問題;改造方案;交流變頻調(diào)速電機車

　　引言

　　直流架線式電機車是礦井重要的運輸設(shè)備，機車牽引電機通常采用一兩臺直流串激電動機作為牽引動力。為控制起動電流，初步起動時先以串聯(lián)的方式連接兩臺電機，并將最大的起動限流電阻串聯(lián)在回路上。啟動后電機的轉(zhuǎn)速逐步增加，操作者逐步切斷電阻，再以并聯(lián)的方式接入電機。此時一定要接入起動電阻，再逐步將電阻切斷，當(dāng)電阻完全切除時電機車便可全速運行。電機通過能耗制動，就是切斷電機的工作電源，將其接成串激發(fā)電機然后將電阻以串聯(lián)的方式接入。此時電機將電機車的慣性功能轉(zhuǎn)換為電能消耗在電阻上，電機車就能加速停車。制動力矩的調(diào)節(jié)可通過改變制動電阻阻值來實現(xiàn)。而通常都要借助控制器來切換各線路�？刂破饔芍骺刂破鞴呐c換向兩大元部件構(gòu)成。電機車前后運行主要由換向鼓來操控。而兩臺電動機的串聯(lián)或并聯(lián)，電阻的接入與切換，以及電動機接成能耗制動的操作則要通過主控制器鼓來實現(xiàn)。但隨著技術(shù)提升，交流變頻調(diào)速系統(tǒng)越來越多的被應(yīng)用到礦用電機車中。

　　1 直流架線式電機車存在的問題

　　①直流電動機構(gòu)造復(fù)雜，制造成本高，不耐潮，而且轉(zhuǎn)子上有線圈和易磨損的炭刷，運行時故障頻出，備件和維修成本都較高;

　�、谕ㄟ^司車頭控制器的切換來調(diào)控速度，平滑性不好，而且僅能通過零檔與1檔的切換實現(xiàn)低速運行，觸頭燒蝕現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，常常破壞生產(chǎn)秩序;

　　③控制器接地或接觸不良導(dǎo)致設(shè)備單機運行或出現(xiàn)電氣制動失靈的問題，安全運行無保障;

　　④電阻降壓調(diào)速帶電阻動行，電能消耗量大，節(jié)能效果差。

　　2 裝置改造的必要性

　　井下作業(yè)環(huán)境比較特殊化，電機車沒有好的運行環(huán)境，運行時電網(wǎng)電壓往往出現(xiàn)大的波動，架線線路高低錯落，致使受電弓子頻繁跳動。鋪設(shè)的運輸鐵軌低洼錯落，而且回饋線電阻也會因鐵軌接洽處處理不當(dāng)而造成電阻阻值變大，線路的電壓隨著與變電站距離的拉大而逐漸減小。通常井下多彎道、漏斗和無電區(qū)，車斗只經(jīng)過簡單的連接，運行時發(fā)生碰撞產(chǎn)生較大的沖擊力。這些都是直流架線式電機車井下運行所要面臨的問題。為此可采取以下措施解決這些問題：

　�、贋榭刂聘脑鞎r的成本投入比例，節(jié)省施工時間，經(jīng)改造的電機車工作電源仍然在直流架線下工作，同時可根據(jù)原有尺寸安裝三相交流電動機機座和機輪，允許互換安裝;

　　②為適應(yīng)多彎道的井下作業(yè)，電機車經(jīng)改造后最小牽引力可達到2.2KN;

　�、墼诩芫�弓子瞬時斷電時，恢復(fù)后能夠迅速起動;

　�、茈姍C車經(jīng)改造后，機車故障減少，穩(wěn)定性有了保障，節(jié)省了一大筆維修費用;

　　⑤備件消耗小，造價得到有效控制;

　�、藓碾娏繙p少，節(jié)能效果良好。

　　3 改造方案的選擇

　　最近幾年，電力電子技術(shù)和PLC技術(shù)及IGBT功率期間迅速發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)作為交流電機重要的調(diào)速方式也取得了很大的進步。變頻器的功能是調(diào)控交流電動機的轉(zhuǎn)速。特別是直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)變頻器，其變頻調(diào)速技術(shù)可以說首屈一指，是現(xiàn)階段業(yè)界普遍認可的最佳調(diào)速方式，目前已廣泛應(yīng)用與電梯、造紙、冶金、港口機械和礦產(chǎn)等諸多行業(yè)。變頻器的調(diào)速性能不必多說，相較于直流調(diào)阻電機車或直流斬波電機車來說，變頻器顯著的節(jié)能功效值得一提。

　　4 改造系統(tǒng)的原理

　�、傧到y(tǒng)組成。經(jīng)改造的系統(tǒng)，原有的直流調(diào)阻系統(tǒng)DTC變頻調(diào)速器所取代，三相交流異步電動機代替了原有的直流電動機。

　　②系統(tǒng)原理。DTC變頻調(diào)速技術(shù)，是通過空間電壓矢量PWM直接控制磁鏈和轉(zhuǎn)矩，確定逆變器的開關(guān)狀態(tài)來實現(xiàn)的。異步電動機的轉(zhuǎn)矩同逆變器輸出電壓矢量控制逆變器的開關(guān)策略通過開關(guān)信號選擇單元給出，電動機的定子電流、母線電壓同檢測單元測出后經(jīng)坐標(biāo)變換器變換到模型所用的d-P坐標(biāo)系下，再與轉(zhuǎn)速信號一起作為電動機模型的輸入，計算出磁鏈、轉(zhuǎn)矩;將模型磁鏈幅值、轉(zhuǎn)速值和轉(zhuǎn)矩值與設(shè)定的輸入量作比照后分別送至相應(yīng)的調(diào)節(jié)器，經(jīng)兩點式調(diào)節(jié)輸出相應(yīng)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩開關(guān)量，這個量作為開關(guān)信號選擇單元輸入，以選擇適當(dāng)開關(guān)狀態(tài)來完成直接轉(zhuǎn)矩控制。

　　它完全能夠使三相鼠籠異步電動機達到和超過直流電動機的起動轉(zhuǎn)矩零轉(zhuǎn)速滿轉(zhuǎn)矩起動，轉(zhuǎn)矩可達到150%以上，最大轉(zhuǎn)矩為200%，可滿足電機車在低速時的最大起動牽引力，使機車強勁有力，是目前最先進的交流異步電機的控制方式。這對井下環(huán)境惡省，軌道轉(zhuǎn)彎多、弧度小非常有力。改造后的交流變頻調(diào)速電機車采用結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠的三相鼠籠異步電動機和節(jié)電顯著的以英威騰GD300-22G變頻調(diào)速器為主機的控制系統(tǒng)，與原有的電機車控制系統(tǒng)相比，具有牽引力大、運能高;安全性、操控性、舒適性大幅提高;維護費用低、無故障運行時間長;節(jié)能效果顯著四大優(yōu)點。新系統(tǒng)使機車牽引力可提高150-200%，實現(xiàn)無級調(diào)速，節(jié)能效果顯著。3噸交流牽引力電機車改造完畢后，可達到5噸直流牽引力電機車的牽引力并實行節(jié)能與安全制動兼顧，節(jié)電效果比原配置直流系統(tǒng)高25-35%。

　　5 直流電阻調(diào)速電機車與交流牽引變頻調(diào)速電機車比較

　　①司控器部分易損部件：司控器部分的年維修費用： 2000元/年。相比較：交流變頻電機車，則沒有這方面的維修量，節(jié)省了這方面的維修費用。

　�、谥绷麟姍C部分易損部件：直流電機部分的年維修費用：在1.5萬元～2萬元(包括大修轉(zhuǎn)子)。相比較：交流變頻電機車，交流電機的維修費用很小、維修量也小、使用壽命長、與直流電機比較價格低。

　�、壅{(diào)速電阻器 直流電阻調(diào)速電機車制動部分年維修費用：(180×4)×6+700=5020元。相比較：交流變頻調(diào)速電機車采用再生制動，基本不用手動制動�？梢怨�(jié)省下這部分費用。

　　6 交流變頻調(diào)速電機車與直流電機車相比較顯著特點是節(jié)省能耗

　�、儆捎诮涣髯冾l調(diào)速電機車采用的是DTC直接轉(zhuǎn)矩控制，而電阻調(diào)速電機車利用(加、甩)電阻耗能進行調(diào)速，所以電阻調(diào)速電機車比交流變頻調(diào)速電機車能耗要大35%左右。②交流變頻調(diào)速電機車啟動力矩大(可達到300%)，直流電阻調(diào)速電機車啟動力矩小(最高只能達到180%)。

　�、劢涣髯冾l調(diào)速電機車在上坡道可以任意停車再啟動運行，下坡道可以設(shè)定任意速度行駛，避免了飛車。變頻調(diào)速電機車可以在60‰的坡道上運行，而電阻調(diào)速直流電機車只能在小于11‰的坡道上運行。

　　④直流電阻調(diào)速電機車，尤其在頻繁啟動(加、甩電阻換檔)時，架線上的電能都在電阻上發(fā)熱白白消耗掉了，而采用DTC控制的交流變頻調(diào)速電機車則不存在這個問題。

　�、輳臓恳�力方面比較：電阻調(diào)速直流電機車特性軟，交流變頻調(diào)速電機車特性硬，相同黏著條件下直流牽引電機車牽引力小。

　　7 結(jié)論

　�、倜颗_直流電阻調(diào)速電機車每年的耗材及維修費用大約是25000元(包括更換直流電機轉(zhuǎn)子)。采用交流變頻調(diào)速電機車節(jié)約電費大約50600元/年。②與直流電機車相比較，采用交流變頻調(diào)速電機車。每年每臺機車可以節(jié)約綜合費用大約6萬元左右。如果改造一臺七噸電機車一次投資的費用一年半便可收回。

　　參考文獻：

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