井下電機車中變頻技術(shù)的應(yīng)用

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摘要：近些年來我國在科技領(lǐng)域不斷取得進展，拓展了變頻技術(shù)應(yīng)用的廣度和深度，尤其在開采業(yè)中獲得了顯著的經(jīng)濟效益。與直流電機車相比，變頻調(diào)速機車的節(jié)能效果明顯，性價比也更為優(yōu)越。本文對變頻技術(shù)在井下架線式電機車中的應(yīng)用進行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù)；井下架線；電機車；應(yīng)用

前言

架線電機車是促進開采運輸機械化的牽引電氣設(shè)備之一，目前國內(nèi)井下牽引電動機多為直流電動機，采取串電阻的調(diào)速方式。這樣一來，換向器和電刷的存在會加大電動機的易損壞程度，增加了系統(tǒng)的維修量。因此，引入變頻技術(shù)，使用交流牽引電動機和變頻調(diào)速方式，有利于解決架線式電機車的弊端。

一、變頻調(diào)速控制技術(shù)

隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，自動化控制技術(shù)正經(jīng)歷著一場新的變革。變頻調(diào)速憑借卓越的調(diào)速啟動、制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電功效，廣泛的適用領(lǐng)域等被公認為發(fā)展前途最為廣闊的調(diào)速方式。20世紀變壓器的出現(xiàn)使改變電壓成為一件易事，電力行業(yè)由此壯大，長期以來固定的交流電頻率得以改變，變頻調(diào)速技術(shù)的出現(xiàn)極大地提高了頻率的利用效率。為了使變頻調(diào)速控制運行正常，需要開環(huán)和閉環(huán)兩類系統(tǒng)控制。開環(huán)負責(zé)簡便控制，能夠達到特性較硬、調(diào)速范圍較寬和較平滑的效果。當(dāng)負載對調(diào)速精度和轉(zhuǎn)矩控制要求較低時，轉(zhuǎn)速開環(huán)控制即可滿足，對于要求較高的情況則需使用閉環(huán)反饋控制。閉環(huán)控制仍然利用速度反饋，而簡單的速度負反饋只在一定程度上確保了調(diào)速精度，無法對轉(zhuǎn)矩進行控制；遇到急劇加速減速時，可能造成電動機系統(tǒng)不穩(wěn)定，對動態(tài)控制的性能欠佳，因而很有必要采用較復(fù)雜的反饋控制。

二、變頻技術(shù)在井下電機車中應(yīng)用的必要性

（一）直流串勵電動機的缺陷

當(dāng)前井下電機廠使用最多的牽引電動機為直流串勵電動機，由于電機車在運輸過程中需要獲得多種運行速度，必須靠司機操控牽引電動機的轉(zhuǎn)速。直流串勵電動機的機械軟特性是指，轉(zhuǎn)速n與負載的輕重呈負相關(guān)，當(dāng)電動機的轉(zhuǎn)動力矩大時，轉(zhuǎn)速偏低；當(dāng)轉(zhuǎn)動力矩減小時，電動機的轉(zhuǎn)速加快。空載的電動機，此時極小的轉(zhuǎn)動力矩對應(yīng)極高的轉(zhuǎn)速，可能會出現(xiàn)“飛車”現(xiàn)象，不僅嚴重惡化了換向條件，而且會損害轉(zhuǎn)子，甚至發(fā)生人身事故?？梢?，應(yīng)對串勵電動機進行最低負載的規(guī)定，避免在空載下運行。電機車采用串勵式調(diào)速方式時，會形成較大的啟動沖擊，無法順利達到軟啟動。電機車司機的控制器是帶負荷切換裝置，在觸頭形成的沖擊電流較大，容易引起短路而損害觸頭，無形中增加了材料耗費；在調(diào)速過程中不易保持平穩(wěn)，加大了電機車司機操作和檢修的困難，無法完善電路的保護系統(tǒng)，安全性能較低。

（二）交流電動機的操作優(yōu)勢

交流變頻調(diào)速技術(shù)正在日趨完善，越來越多地受到生產(chǎn)部門的應(yīng)用。在開采活動中，交流電機與直流電機相比，擁有更高的功率、效率，更低的維護成本，更方便的無電刷和換向器，交流電動機取代直流電動機在井下電機車的地位指日可待，是礦用電機車發(fā)展的新趨勢。在井下架線式電機車中推廣變頻調(diào)速技術(shù)，能夠顯著提高電機車的調(diào)速性能，減輕設(shè)備磨損，降低備品備件的投資，保證控制力度精準，延長設(shè)備使用壽命，為完成井下軌道運輸任務(wù)貢獻力量。

三、變頻調(diào)速的有效策略及應(yīng)用

（一）交—直—交變頻

井下架線式電機車應(yīng)安裝逆變設(shè)備，由此可直接獲得電網(wǎng)上的直流電，并轉(zhuǎn)化成可調(diào)控頻率的三相交流電。這樣一來，就可將用戶較多的直流牽引電機車轉(zhuǎn)變?yōu)榛A(chǔ)性的交流電機車，并且在改造戶后，改造者還能利用電源頻率對工作的速度加以控制。

（二）變頻調(diào)速的應(yīng)用方法

首先將調(diào)速器固定，把換向和調(diào)速手柄處的設(shè)置調(diào)零，并手動關(guān)閉交流變頻電機車開關(guān)，確保電流暢通。通電后，觀察報警燈是否亮起，而后對準備燈進行觀察，以兩燈同時亮起作為開展其后一系列工作的標志。先轉(zhuǎn)動換向手柄，調(diào)整到工作所需的方向，等待一段時間后，工作燈亮起機器即可開始工作，可將調(diào)速手柄調(diào)到機器某功能所需速度。由于運載量過大，超載現(xiàn)象時有發(fā)生，此時礦用電機形成短路，變頻調(diào)速交流電機車的警示燈亮起，正在運行的工作自動停止，工作者可在排除相應(yīng)隱患之后，通過“復(fù)位”實施恢復(fù)。

（三）變頻技術(shù)在井下電機車的應(yīng)用

三相異步變頻調(diào)速電動機具有較高的可靠性，故障率低，鼠籠轉(zhuǎn)子無換向銅頭和線圈，增加了密閉性，也減少了因潮濕等原因?qū)^緣性能的損害。同時減少了碳刷的消耗，降低了維修量，運行費用少。在控制器的維護量方面，變頻調(diào)速控制器換向調(diào)速的構(gòu)成成分是簧管、電位器等，無觸點，減少了維修量。在電力消耗方面，將架線式交流牽引變頻調(diào)速電機車應(yīng)用到同一牽引電網(wǎng)上，能夠?qū)恳娋W(wǎng)饋電功能作為上坡運行列車電能消耗的補償，大幅提高節(jié)電率。在調(diào)速性能上，實現(xiàn)了無級調(diào)速，調(diào)速均勻。最后，交流牽引電動機通過直接轉(zhuǎn)矩控制，在相同的粘著條件下產(chǎn)生更大的牽引力。

四、結(jié)語

總之，交流電動機的變頻技術(shù)深受工業(yè)用戶歡迎，已經(jīng)成為電動機調(diào)速的新方向。特別是在井下架線式電動車中，它的性能具備非常大的使用空間，在更加惡劣、耗電更大的生產(chǎn)環(huán)境中，應(yīng)用和推廣變頻技術(shù)將有巨大的實際意義。

參考文獻：

[1]常愛軍,張小明.礦用電機車牽引電動機故障原因及防范措施[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟,2009,(17).

[2]周春志.變頻調(diào)速裝置在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用研究[J].價值工程,2011,(7).科學(xué)技術(shù)

作者:龔立志 單位:開灤范各莊礦井運區(qū)