变频调速技术在矿用架线式电机车上的应用

孔祥生　吴印虎　张鲁

摘要：煤矿的运输装置之一是矿用架线式电机车，变频调速技术在矿用架线式电机车上的应用为煤矿带来了可观的经济效益。文章首先介绍了变频调速技术的发展，其次阐述了变频调速技术在矿用电机车上应用的必要性，重点论述了矿用架线电机车上变频调速技术的应用，为煤矿的安全生产提供了保障。

关键词：变频调速技术；矿用架线式电机车；煤矿运输装置；煤矿安全生产；交流电动机 文献标识码：A

中图分类号：TD641 文章编号：1009-2374（2015）23-0163-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.082

矿用架线式电机车是煤矿生产所需的一种主要的运输装置，随着科学的发展，煤矿企业已在电机车上使用变频调速器，并使用交流电动机，已淘汰过去的电阻降压调速电机车。传统的调速方法对煤矿企业的经济效益和安全生产水平有很大的影响，传统的电机车电控系统故障频繁、维修量大、消耗材料配件多且费用高，不能满足现代生产的需要。而变频调速电机车具有适应能力强、节电率高、运行平稳、故障少、维修方便等特点，在煤矿运输中具有非常好的推广使用价值。

1 变频调速技术

近几年来，电力电子技术飞速发展，自动化控制技术也不甘落后，电气传动技术已经经历着一场新的变革，交流变频技术取代直流变频技术已经成为必然。变频调速以其优异的调速启动、制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其他许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。交流调速中最活跃、发展最快的就是变频调速技术。变频调速是交流调速的基础和主干内容。20世纪变压器的出现使改变电压变得很容易，从而造就了一个庞大的电力行业。长期以来，交流电的频率一直是固定的，变频调速技术的出现使频率变为可以充分利用的资源。

2 变频调速技术在矿用电机车上应用的必要性

当今形势下，直流串励电机经常使用的是牵引电机。在输送的过程当中，电机要求各种各样的速度，为此务必实施相应的策略，这就要求司机对牵引电机的转速进行控制。直流串励电机有着机械软特性，也就是说其转速会在负载轻重的影响之下发生改变，换言之，电机在转动力矩大的情况下转速低，倘若减小转动力矩，就能够提升电机的转速。在电机空载的情况下，因为其转动力矩十分小，所以具备十分快的转速，能够出现“飞车”的情况。这个时候不但会导致换向条件的恶化，而且还会使转子损坏，导致人身安全事故的出现。因此串励电机不利于在空载的情况下运转，在通常情况下，轻载运转的最小负荷应当在额定负荷的25%～30%以上。由于串励式调速方式的电机车能够形成比较大的启动冲击，因此不可以进行理想的软启动。电机车司机控制器借助带负荷进行切换，在触头承受着较大的冲击电流，这会出现短路且使触头烧坏的情况，导致材料消耗的增多。在进行调速的时候不够平稳，电机车司机难以操作，也不便于检修，这导致电路保护系统的不健全和危险性。

在交流变频调速技术越来越进步的影响下，生产实践当中被日益普遍地应用，与直流电机进行比较，交流电机有着维护费用少、效率高、功率大的特点，没有换向器与电刷，为此，在矿用机车上通过交流电机代替直流电机是矿用电机车的发展趋势。变频调速技术在矿用电机车上的应用和推广，能够使电机车的调度性能提升，减少装置的磨损，提升控制精度，降低备件的投入，延长装置的应用年限，进而与煤矿井下轨道输送发展的需要相符合。

3 变频调速技术在矿用架线电机车上的应用

3.1 牵引电机有着较高的可靠性

因为绝缘的下降与过流等的制约，直流电牵引电机转子线圈会被损坏，因为转子换向铜头碳刷较易损耗、受到磨损以及因为不能够实时性地清理转子碳粉等的缘故，会导致比较高的故障率，而损坏的配件也需要比较高的更换成本。而借助三相异步变频电机具备比较高的可靠性，由于鼠笼转子缺少线圈与换向铜头有具备好的密闭性能，不容易出现由于环境潮湿而使绝缘性能降低，进而损坏装置的情况，相比较而言，不需要太多的维修，从而不容易出现故障，这使运行的成本

减少。

3.2 良好的调速性能

借助牵引电动机的串并联与增减并列电阻来实施架线直流牵引电阻调速电机车的调速。在负载的改变下，直流牵引电机的转速会随之出现改变，在下坡运转的情况下也容易导致飞车出轨的现象。电机车司机在进行操作的过程当中，瞬间的加速会使调速器以及牵引电机受到损坏。而属于无机类型调速的交流牵引变频调速，其具备均匀性的调速，牵引电机根据给定的频率大小进行减速以及增速，其中最低能够给定小于0.1Hz的速度，也能够对最高车速限制进行有效的设计，即便是下坡轻载也不会导致超速飞车情况的出现。即使司机是在零速启动之后瞬时向最高速度增加，电机车依旧在5s之后才可以实现最高的速度。

3.3 电力消耗少

借助直流电机来牵引电阻调速的电机车，在下坡的过程中不能够反馈牵引电网，为此，直流牵引的架线电机车在减速制动以及启动架线电机车的时候会使能量浪费。变频调速电机车可以设置电机车为牵引电网馈电功能，从而使上坡列车的消耗的电能得以补偿，有着显著的节能成效。

3.4 电机车的维修减少

对于机械传动系统而言，直流电阻调速电机车有级调速具备冲击力，这较易损坏齿轮。频繁地应用手制动，会严重地磨损闸瓦，这就往往要求进行更换。而应用交流牵引变频调速电机车，在改变频率、变换速度的影响下，大概在5s之内的时间会慢慢提升，这样就不会强烈冲击传动系统。在减速停车以及运转的过程中不需手制动，从而不至于使闸瓦受到磨损。交流异步电机很少出现故障，能够将启动电阻免去。

3.5 启动运行平稳

变频调速技术应用于矿用架线式电机车中，启动运行平稳，操作人员有舒适感；启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流的1.5倍，减轻了对电网的冲击和供电容量的要求。

3.6 可操控性和安全性高

电机车在拉弓断电或者在无电区的环境下运行时，电机通过动能转换成电能使变频器在一定时间内仍能正常工作，所具有的有电制动和无电制动功极大地提高了电机车的可操控性和安全性。

4 结语

总之，矿用架线式电机车应用变频调速技术，使得电机车启动转矩大、牵引力变强，能实现转速电流双闭环调速功能，并且架线式电机车可以实现电气制动，不会对机械产生磨损。矿用架线式电机车应用变频调速技术，节能效果也非常显著，关键部件几乎免于维修，使得矿井的维修费用大大降低，为矿井发展带来可观的经济效益和社会效益。

参考文献

[1] 孙杰华.牵引变电所直流系统故障分析和解决方法[J].黑龙江科技信息，2010，（27）.

[2] 周春志.变频调速装置在煤矿生产中的应用研究[J].价值工程，2011，（7）.

[3] 高露英.论变频调速异步电动机的研究与设计[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2011，（1）.

作者简介：孔祥生（1983-），男，山东曲阜人，山东义能煤矿有限公司技术员，助理工程师，研究方向：煤矿机电设备管理。

（责任编辑：蒋建华）endprint