井下電機(jī)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(jìn)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(jì)效益。與直流電機(jī)車相比，變頻調(diào)速機(jī)車的節(jié)能效果明顯，性價(jià)比也更為優(yōu)越。本文對(duì)變頻技術(shù)在井下架線式電機(jī)車中的應(yīng)用進(jìn)行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù)；井下架線；電機(jī)車；應(yīng)用

前言

架線電機(jī)車是促進(jìn)開采運(yùn)輸機(jī)械化的牽引電氣設(shè)備之一，目前國內(nèi)井下牽引電動(dòng)機(jī)多為直流電動(dòng)機(jī)，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(huì)加大電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)和變頻調(diào)速方式，有利于解決架線式電機(jī)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(dòng)化控制技術(shù)正經(jīng)歷著一場(chǎng)新的變革。變頻調(diào)速憑借卓越的調(diào)速啟動(dòng)、制動(dòng)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(rèn)為發(fā)展前途最為廣闊的調(diào)速方式。20世紀(jì)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(zhǎng)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(yùn)行正常，需要開環(huán)和閉環(huán)兩類系統(tǒng)控制。開環(huán)負(fù)責(zé)簡(jiǎn)便控制，能夠達(dá)到特性較硬、調(diào)速范圍較寬和較平滑的效果。當(dāng)負(fù)載對(duì)調(diào)速精度和轉(zhuǎn)矩控制要求較低時(shí)，轉(zhuǎn)速開環(huán)控制即可滿足，對(duì)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(jiǎn)單的速度負(fù)反饋只在一定程度上確保了調(diào)速精度，無法對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制；遇到急劇加速減速時(shí)，可能造成電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)不穩(wěn)定，對(duì)動(dòng)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(jī)車中應(yīng)用的必要性

（一）直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的缺陷

當(dāng)前井下電機(jī)廠使用最多的牽引電動(dòng)機(jī)為直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)，由于電機(jī)車在運(yùn)輸過程中需要獲得多種運(yùn)行速度，必須靠司機(jī)操控牽引電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械軟特性是指，轉(zhuǎn)速n與負(fù)載的輕重呈負(fù)相關(guān)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大時(shí)，轉(zhuǎn)速偏低；當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩減小時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速加快?？蛰d的電動(dòng)機(jī)，此時(shí)極小的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩對(duì)應(yīng)極高的轉(zhuǎn)速，可能會(huì)出現(xiàn)“飛車”現(xiàn)象，不僅嚴(yán)重惡化了換向條件，而且會(huì)損害轉(zhuǎn)子，甚至發(fā)生人身事故?？梢?，應(yīng)對(duì)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行最低負(fù)載的規(guī)定，避免在空載下運(yùn)行。電機(jī)車采用串勵(lì)式調(diào)速方式時(shí)，會(huì)形成較大的啟動(dòng)沖擊，無法順利達(dá)到軟啟動(dòng)。電機(jī)車司機(jī)的控制器是帶負(fù)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(fèi)；在調(diào)速過程中不易保持平穩(wěn)，加大了電機(jī)車司機(jī)操作和檢修的困難，無法完善電路的保護(hù)系統(tǒng)，安全性能較低。

（二）交流電動(dòng)機(jī)的操作優(yōu)勢(shì)

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(dòng)中，交流電機(jī)與直流電機(jī)相比，擁有更高的功率、效率，更低的維護(hù)成本，更方便的無電刷和換向器，交流電動(dòng)機(jī)取代直流電動(dòng)機(jī)在井下電機(jī)車的地位指日可待，是礦用電機(jī)車發(fā)展的新趨勢(shì)。在井下架線式電機(jī)車中推廣變頻調(diào)速技術(shù)，能夠顯著提高電機(jī)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(zhǔn)，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，為完成井下軌道運(yùn)輸任務(wù)貢獻(xiàn)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(jī)車應(yīng)安裝逆變?cè)O(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(jī)車轉(zhuǎn)變?yōu)榛A(chǔ)性的交流電機(jī)車，并且在改造戶后，改造者還能利用電源頻率對(duì)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(dòng)關(guān)閉交流變頻電機(jī)車開關(guān)，確保電流暢通。通電后，觀察報(bào)警燈是否亮起，而后對(duì)準(zhǔn)備燈進(jìn)行觀察，以兩燈同時(shí)亮起作為開展其后一系列工作的標(biāo)志。先轉(zhuǎn)動(dòng)換向手柄，調(diào)整到工作所需的方向，等待一段時(shí)間后，工作燈亮起機(jī)器即可開始工作，可將調(diào)速手柄調(diào)到機(jī)器某功能所需速度。由于運(yùn)載量過大，超載現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，此時(shí)礦用電機(jī)形成短路，變頻調(diào)速交流電機(jī)車的警示燈亮起，正在運(yùn)行的工作自動(dòng)停止，工作者可在排除相應(yīng)隱患之后，通過“復(fù)位”實(shí)施恢復(fù)。

（三）變頻技術(shù)在井下電機(jī)車的應(yīng)用

三相異步變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)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(shí)減少了碳刷的消耗，降低了維修量，運(yùn)行費(fèi)用少。在控制器的維護(hù)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(diǎn)，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(jī)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(yùn)行列車電能消耗的補(bǔ)償，大幅提高節(jié)電率。在調(diào)速性能上，實(shí)現(xiàn)了無級(jí)調(diào)速，調(diào)速均勻。最后，交流牽引電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的變頻技術(shù)深受工業(yè)用戶歡迎，已經(jīng)成為電動(dòng)機(jī)調(diào)速的新方向。特別是在井下架線式電動(dòng)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(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)：

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作者:龔立志 單位:開灤范各莊礦井運(yùn)區(qū)