變頻電機車(chē)的應用

　　變頻電機車(chē)的應用，是小編為大家精心整理的關(guān)于變頻電機車(chē)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(xiàn)式電機車(chē)存在問(wèn)題入手，基于變頻調速的方向探討電機車(chē)的改造方案，再將直流電阻調速電機車(chē)與交流牽引變頻調速電機車(chē)作對比，凸顯變頻調速電機車(chē)的性能及優(yōu)勢，為變頻電機車(chē)在礦井作業(yè)中的應用打下良好的理論基礎。

　　關(guān)鍵詞： 直流架線(xiàn)式電機車(chē);問(wèn)題;改造方案;交流變頻調速電機車(chē)

　　引言

　　直流架線(xiàn)式電機車(chē)是礦井重要的運輸設備，機車(chē)牽引電機通常采用一兩臺直流串激電動(dòng)機作為牽引動(dòng)力。為控制起動(dòng)電流，初步起動(dòng)時(shí)先以串聯(lián)的方式連接兩臺電機，并將最大的起動(dòng)限流電阻串聯(lián)在回路上。啟動(dòng)后電機的轉速逐步增加，操作者逐步切斷電阻，再以并聯(lián)的方式接入電機。此時(shí)一定要接入起動(dòng)電阻，再逐步將電阻切斷，當電阻完全切除時(shí)電機車(chē)便可全速運行。電機通過(guò)能耗制動(dòng)，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(shí)電機將電機車(chē)的慣性功能轉換為電能消耗在電阻上，電機車(chē)就能加速停車(chē)。制動(dòng)力矩的調節可通過(guò)改變制動(dòng)電阻阻值來(lái)實(shí)現。而通常都要借助控制器來(lái)切換各線(xiàn)路�？刂破饔芍骺刂破鞴呐c換向兩大元部件構成。電機車(chē)前后運行主要由換向鼓來(lái)操控。而兩臺電動(dòng)機的串聯(lián)或并聯(lián)，電阻的接入與切換，以及電動(dòng)機接成能耗制動(dòng)的操作則要通過(guò)主控制器鼓來(lái)實(shí)現。但隨著(zhù)技術(shù)提升，交流變頻調速系統越來(lái)越多的被應用到礦用電機車(chē)中。

　　1 直流架線(xiàn)式電機車(chē)存在的問(wèn)題

　�、僦绷麟妱�(dòng)機構造復雜，制造成本高，不耐潮，而且轉子上有線(xiàn)圈和易磨損的炭刷，運行時(shí)故障頻出，備件和維修成本都較高;

　�、谕ㄟ^(guò)司車(chē)頭控制器的切換來(lái)調控速度，平滑性不好，而且僅能通過(guò)零檔與1檔的切換實(shí)現低速運行，觸頭燒蝕現象頻繁出現，常常破壞生產(chǎn)秩序;

　�、劭刂破鹘拥鼗蚪佑|不良導致設備單機運行或出現電氣制動(dòng)失靈的問(wèn)題，安全運行無(wú)保障;

　�、茈娮杞祲赫{速帶電阻動(dòng)行，電能消耗量大，節能效果差。

　　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(chē)沒(méi)有好的運行環(huán)境，運行時(shí)電網(wǎng)電壓往往出現大的波動(dòng)，架線(xiàn)線(xiàn)路高低錯落，致使受電弓子頻繁跳動(dòng)。鋪設的運輸鐵軌低洼錯落，而且回饋線(xiàn)電阻也會(huì )因鐵軌接洽處處理不當而造成電阻阻值變大，線(xiàn)路的電壓隨著(zhù)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(wú)電區，車(chē)斗只經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的連接，運行時(shí)發(fā)生碰撞產(chǎn)生較大的沖擊力。這些都是直流架線(xiàn)式電機車(chē)井下運行所要面臨的問(wèn)題。為此可采取以下措施解決這些問(wèn)題：

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

　�、跒檫m應多彎道的井下作業(yè)，電機車(chē)經(jīng)改造后最小牽引力可達到2.2KN;

　�、墼诩芫�(xiàn)弓子瞬時(shí)斷電時(shí)，恢復后能夠迅速起動(dòng);

　�、茈姍C車(chē)經(jīng)改造后，機車(chē)故障減少，穩定性有了保障，節省了一大筆維修費用;

　�、輦浼�消耗小，造價(jià)得到有效控制;

　�、藓碾娏繙p少，節能效果良好。

　　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，變頻調速技術(shù)作為交流電機重要的調速方式也取得了很大的進(jìn)步。變頻器的功能是調控交流電動(dòng)機的轉速。特別是直接轉矩控制(DTC)變頻器，其變頻調速技術(shù)可以說(shuō)首屈一指，是現階段業(yè)界普遍認可的最佳調速方式，目前已廣泛應用與電梯、造紙、冶金、港口機械和礦產(chǎn)等諸多行業(yè)。變頻器的調速性能不必多說(shuō)，相較于直流調阻電機車(chē)或直流斬波電機車(chē)來(lái)說(shuō)，變頻器顯著(zhù)的節能功效值得一提。

　　4 改造系統的原理

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

　�、谙到y原理。DTC變頻調速技術(shù)，是通過(guò)空間電壓矢量PWM直接控制磁鏈和轉矩，確定逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)實(shí)現的。異步電動(dòng)機的轉矩同逆變器輸出電壓矢量控制逆變器的開(kāi)關(guān)策略通過(guò)開(kāi)關(guān)信號選擇單元給出，電動(dòng)機的定子電流、母線(xiàn)電壓同檢測單元測出后經(jīng)坐標變換器變換到模型所用的d-P坐標系下，再與轉速信號一起作為電動(dòng)機模型的輸入，計算出磁鏈、轉矩;將模型磁鏈幅值、轉速值和轉矩值與設定的輸入量作比照后分別送至相應的調節器，經(jīng)兩點(diǎn)式調節輸出相應的磁鏈和轉矩開(kāi)關(guān)量，這個(gè)量作為開(kāi)關(guān)信號選擇單元輸入，以選擇適當開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)完成直接轉矩控制。

　　它完全能夠使三相鼠籠異步電動(dòng)機達到和超過(guò)直流電動(dòng)機的起動(dòng)轉矩零轉速滿(mǎn)轉矩起動(dòng)，轉矩可達到150%以上，最大轉矩為200%，可滿(mǎn)足電機車(chē)在低速時(shí)的最大起動(dòng)牽引力，使機車(chē)強勁有力，是目前最先進(jìn)的交流異步電機的控制方式。這對井下環(huán)境惡省，軌道轉彎多、弧度小非常有力。改造后的交流變頻調速電機車(chē)采用結構簡(jiǎn)單、性能可靠的三相鼠籠異步電動(dòng)機和節電顯著(zhù)的以英威騰GD300-22G變頻調速器為主機的控制系統，與原有的電機車(chē)控制系統相比，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(wú)故障運行時(shí)間長(cháng);節能效果顯著(zhù)四大優(yōu)點(diǎn)。新系統使機車(chē)牽引力可提高150-200%，實(shí)現無(wú)級調速，節能效果顯著(zhù)。3噸交流牽引力電機車(chē)改造完畢后，可達到5噸直流牽引力電機車(chē)的牽引力并實(shí)行節能與安全制動(dòng)兼顧，節電效果比原配置直流系統高25-35%。

　　5 直流電阻調速電機車(chē)與交流牽引變頻調速電機車(chē)比較

　�、偎究仄鞑糠忠讚p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(chē)，則沒(méi)有這方面的維修量，節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(wàn)元～2萬(wàn)元(包括大修轉子)。相比較：交流變頻電機車(chē)，交流電機的維修費用很小、維修量也小、使用壽命長(cháng)、與直流電機比較價(jià)格低。

　�、壅{速電阻器 直流電阻調速電機車(chē)制動(dòng)部分年維修費用：(180×4)×6+700=5020元。相比較：交流變頻調速電機車(chē)采用再生制動(dòng)，基本不用手動(dòng)制動(dòng)�？梢怨澥∠逻@部分費用。

　　6 交流變頻調速電機車(chē)與直流電機車(chē)相比較顯著(zhù)特點(diǎn)是節省能耗

　�、儆捎诮涣髯冾l調速電機車(chē)采用的是DTC直接轉矩控制，而電阻調速電機車(chē)利用(加、甩)電阻耗能進(jìn)行調速，所以電阻調速電機車(chē)比交流變頻調速電機車(chē)能耗要大35%左右。②交流變頻調速電機車(chē)啟動(dòng)力矩大(可達到300%)，直流電阻調速電機車(chē)啟動(dòng)力矩小(最高只能達到180%)。

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

　�、苤绷麟娮枵{速電機車(chē)，尤其在頻繁啟動(dòng)(加、甩電阻換檔)時(shí)，架線(xiàn)上的電能都在電阻上發(fā)熱白白消耗掉了，而采用DTC控制的交流變頻調速電機車(chē)則不存在這個(gè)問(wèn)題。

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

　　7 結論

　�、倜颗_直流電阻調速電機車(chē)每年的耗材及維修費用大約是25000元(包括更換直流電機轉子)。采用交流變頻調速電機車(chē)節約電費大約50600元/年。②與直流電機車(chē)相比較，采用交流變頻調速電機車(chē)。每年每臺機車(chē)可以節約綜合費用大約6萬(wàn)元左右。如果改造一臺七噸電機車(chē)一次投資的費用一年半便可收回。

　　參考文獻：

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