孔祥生　吳印虎　張魯

摘要：煤礦的運(yùn)輸裝置之一是礦用架線式電機(jī)車，變頻調(diào)速技術(shù)在礦用架線式電機(jī)車上的應(yīng)用為煤礦帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。文章首先介紹了變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，其次闡述了變頻調(diào)速技術(shù)在礦用電機(jī)車上應(yīng)用的必要性，重點(diǎn)論述了礦用架線電機(jī)車上變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，為煤礦的安全生產(chǎn)提供了保障。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速技術(shù)；礦用架線式電機(jī)車；煤礦運(yùn)輸裝置；煤礦安全生產(chǎn)；交流電動機(jī) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TD641 文章編號：1009-2374（2015）23-0163-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.082

礦用架線式電機(jī)車是煤礦生產(chǎn)所需的一種主要的運(yùn)輸裝置，隨著科學(xué)的發(fā)展，煤礦企業(yè)已在電機(jī)車上使用變頻調(diào)速器，并使用交流電動機(jī)，已淘汰過去的電阻降壓調(diào)速電機(jī)車。傳統(tǒng)的調(diào)速方法對煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和安全生產(chǎn)水平有很大的影響，傳統(tǒng)的電機(jī)車電控系統(tǒng)故障頻繁、維修量大、消耗材料配件多且費(fèi)用高，不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。而變頻調(diào)速電機(jī)車具有適應(yīng)能力強(qiáng)、節(jié)電率高、運(yùn)行平穩(wěn)、故障少、維修方便等特點(diǎn)，在煤礦運(yùn)輸中具有非常好的推廣使用價值。

1 變頻調(diào)速技術(shù)

近幾年來，電力電子技術(shù)飛速發(fā)展，自動化控制技術(shù)也不甘落后，電氣傳動技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷著一場新的變革，交流變頻技術(shù)取代直流變頻技術(shù)已經(jīng)成為必然。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速啟動、制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其他許多優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。交流調(diào)速中最活躍、發(fā)展最快的就是變頻調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速是交流調(diào)速的基礎(chǔ)和主干內(nèi)容。20世紀(jì)變壓器的出現(xiàn)使改變電壓變得很容易，從而造就了一個龐大的電力行業(yè)。長期以來，交流電的頻率一直是固定的，變頻調(diào)速技術(shù)的出現(xiàn)使頻率變?yōu)榭梢猿浞掷玫馁Y源。

2 變頻調(diào)速技術(shù)在礦用電機(jī)車上應(yīng)用的必要性

當(dāng)今形勢下，直流串勵電機(jī)經(jīng)常使用的是牽引電機(jī)。在輸送的過程當(dāng)中，電機(jī)要求各種各樣的速度，為此務(wù)必實(shí)施相應(yīng)的策略，這就要求司機(jī)對牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。直流串勵電機(jī)有著機(jī)械軟特性，也就是說其轉(zhuǎn)速會在負(fù)載輕重的影響之下發(fā)生改變，換言之，電機(jī)在轉(zhuǎn)動力矩大的情況下轉(zhuǎn)速低，倘若減小轉(zhuǎn)動力矩，就能夠提升電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在電機(jī)空載的情況下，因?yàn)槠滢D(zhuǎn)動力矩十分小，所以具備十分快的轉(zhuǎn)速，能夠出現(xiàn)“飛車”的情況。這個時候不但會導(dǎo)致?lián)Q向條件的惡化，而且還會使轉(zhuǎn)子損壞，導(dǎo)致人身安全事故的出現(xiàn)。因此串勵電機(jī)不利于在空載的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，在通常情況下，輕載運(yùn)轉(zhuǎn)的最小負(fù)荷應(yīng)當(dāng)在額定負(fù)荷的25%～30%以上。由于串勵式調(diào)速方式的電機(jī)車能夠形成比較大的啟動沖擊，因此不可以進(jìn)行理想的軟啟動。電機(jī)車司機(jī)控制器借助帶負(fù)荷進(jìn)行切換，在觸頭承受著較大的沖擊電流，這會出現(xiàn)短路且使觸頭燒壞的情況，導(dǎo)致材料消耗的增多。在進(jìn)行調(diào)速的時候不夠平穩(wěn)，電機(jī)車司機(jī)難以操作，也不便于檢修，這導(dǎo)致電路保護(hù)系統(tǒng)的不健全和危險(xiǎn)性。

在交流變頻調(diào)速技術(shù)越來越進(jìn)步的影響下，生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中被日益普遍地應(yīng)用，與直流電機(jī)進(jìn)行比較，交流電機(jī)有著維護(hù)費(fèi)用少、效率高、功率大的特點(diǎn)，沒有換向器與電刷，為此，在礦用機(jī)車上通過交流電機(jī)代替直流電機(jī)是礦用電機(jī)車的發(fā)展趨勢。變頻調(diào)速技術(shù)在礦用電機(jī)車上的應(yīng)用和推廣，能夠使電機(jī)車的調(diào)度性能提升，減少裝置的磨損，提升控制精度，降低備件的投入，延長裝置的應(yīng)用年限，進(jìn)而與煤礦井下軌道輸送發(fā)展的需要相符合。

3 變頻調(diào)速技術(shù)在礦用架線電機(jī)車上的應(yīng)用

3.1 牽引電機(jī)有著較高的可靠性

因?yàn)榻^緣的下降與過流等的制約，直流電牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈會被損壞，因?yàn)檗D(zhuǎn)子換向銅頭碳刷較易損耗、受到磨損以及因?yàn)椴荒軌驅(qū)崟r性地清理轉(zhuǎn)子碳粉等的緣故，會導(dǎo)致比較高的故障率，而損壞的配件也需要比較高的更換成本。而借助三相異步變頻電機(jī)具備比較高的可靠性，由于鼠籠轉(zhuǎn)子缺少線圈與換向銅頭有具備好的密閉性能，不容易出現(xiàn)由于環(huán)境潮濕而使絕緣性能降低，進(jìn)而損壞裝置的情況，相比較而言，不需要太多的維修，從而不容易出現(xiàn)故障，這使運(yùn)行的成本

減少。

3.2 良好的調(diào)速性能

借助牽引電動機(jī)的串并聯(lián)與增減并列電阻來實(shí)施架線直流牽引電阻調(diào)速電機(jī)車的調(diào)速。在負(fù)載的改變下，直流牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)速會隨之出現(xiàn)改變，在下坡運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下也容易導(dǎo)致飛車出軌的現(xiàn)象。電機(jī)車司機(jī)在進(jìn)行操作的過程當(dāng)中，瞬間的加速會使調(diào)速器以及牽引電機(jī)受到損壞。而屬于無機(jī)類型調(diào)速的交流牽引變頻調(diào)速，其具備均勻性的調(diào)速，牽引電機(jī)根據(jù)給定的頻率大小進(jìn)行減速以及增速，其中最低能夠給定小于0.1Hz的速度，也能夠?qū)ψ罡哕囁傧拗七M(jìn)行有效的設(shè)計(jì)，即便是下坡輕載也不會導(dǎo)致超速飛車情況的出現(xiàn)。即使司機(jī)是在零速啟動之后瞬時向最高速度增加，電機(jī)車依舊在5s之后才可以實(shí)現(xiàn)最高的速度。

3.3 電力消耗少

借助直流電機(jī)來牽引電阻調(diào)速的電機(jī)車，在下坡的過程中不能夠反饋牽引電網(wǎng)，為此，直流牽引的架線電機(jī)車在減速制動以及啟動架線電機(jī)車的時候會使能量浪費(fèi)。變頻調(diào)速電機(jī)車可以設(shè)置電機(jī)車為牽引電網(wǎng)饋電功能，從而使上坡列車的消耗的電能得以補(bǔ)償，有著顯著的節(jié)能成效。

3.4 電機(jī)車的維修減少

對于機(jī)械傳動系統(tǒng)而言，直流電阻調(diào)速電機(jī)車有級調(diào)速具備沖擊力，這較易損壞齒輪。頻繁地應(yīng)用手制動，會嚴(yán)重地磨損閘瓦，這就往往要求進(jìn)行更換。而應(yīng)用交流牽引變頻調(diào)速電機(jī)車，在改變頻率、變換速度的影響下，大概在5s之內(nèi)的時間會慢慢提升，這樣就不會強(qiáng)烈沖擊傳動系統(tǒng)。在減速停車以及運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中不需手制動，從而不至于使閘瓦受到磨損。交流異步電機(jī)很少出現(xiàn)故障，能夠?qū)与娮杳馊ァ?/p>

3.5 啟動運(yùn)行平穩(wěn)

變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于礦用架線式電機(jī)車中，啟動運(yùn)行平穩(wěn)，操作人員有舒適感；啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流的1.5倍，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和供電容量的要求。

3.6 可操控性和安全性高

電機(jī)車在拉弓斷電或者在無電區(qū)的環(huán)境下運(yùn)行時，電機(jī)通過動能轉(zhuǎn)換成電能使變頻器在一定時間內(nèi)仍能正常工作，所具有的有電制動和無電制動功極大地提高了電機(jī)車的可操控性和安全性。

4 結(jié)語

總之，礦用架線式電機(jī)車應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，使得電機(jī)車啟動轉(zhuǎn)矩大、牽引力變強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速功能，并且架線式電機(jī)車可以實(shí)現(xiàn)電氣制動，不會對機(jī)械產(chǎn)生磨損。礦用架線式電機(jī)車應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，節(jié)能效果也非常顯著，關(guān)鍵部件幾乎免于維修，使得礦井的維修費(fèi)用大大降低，為礦井發(fā)展帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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作者簡介：孔祥生（1983-），男，山東曲阜人，山東義能煤礦有限公司技術(shù)員，助理工程師，研究方向：煤礦機(jī)電設(shè)備管理。

（責(zé)任編輯：蔣建華）endprint