变频调速在蓄电池电机车中的应用

赵新奇,郭朝阳（平顶山天安煤业股份有限公司四矿,河南　平顶山　467000）

变频调速在蓄电池电机车中的应用

赵新奇,郭朝阳
（平顶山天安煤业股份有限公司四矿,河南平顶山467000）

摘要：矿用蓄电池电机车采用的是变频调速技术，这种技术在实践中得以科学应用不仅可以提高井下运输的可靠性、安全性，而且操作起来非常方便，节能效果也比较突出。本文全面介绍了变频调速技术在蓄电池电机车中应用的必要性，详细描述了变频调速技术的性能，并在此基础上对变频调速在蓄电池电机车中的应用效果进行了深入的探讨和分析。

关键词：蓄电池电机车；变频调速；应用

0　前言

一直以来，煤矿井下平巷运输采用的都是架线电机车和蓄电池电机车。采用这两种电机车的主要原因是直流电机比交流电机更易于调控速度。然而伴随着变频技术的渐趋成熟，直流斩波调速技术失去了优势地位，其优势难以显现，而交流电机本身具有的易维护、高效率等方面的优势以及宽调速范围和高调速精度越来越引起专业人员的注意，也因此使得变频技术能够在很短的时间内取得较大的进步。

1　变频调速在蓄电池电机车中应用的必要性

煤矿生产应用的一种关键输送装置是蓄电池电机车，当今重点应用的驱动是直流电动机。实施串激式调速的手段，机械传动与启动冲击比较大，不可以进行软启动。借助带负荷切换的司机控制器，触头承受比较大的冲击电流，这容易出现短路使触头烧坏，进而使消耗的材料增加。并且，越档调速不够平稳，司机难以操作，不便于检修和操作、缺少健全的电路保护系统和安全性。在越来越进步的交流变频技术应用的影响之下，跟直流电机进行比较，交流电机的优点是没有换向器与电刷、效率高、功率大、维护费用少等，为此，将交流电机应用于煤矿蓄电池电机车是一种发展方向。将变频调速技术推广应用于蓄电池电机车上，能够使电机车的调速性能提升，以及减少维修的工作量和能源消耗，进而跟矿井轨道输送发展的需要相符合。

2　变频调速技术的性能

（1）应用直接转矩控制的变频器。通过直接转矩控制的变频调速器能够使电机车交流异步电动机的控制实现，其特点是对定子磁链进行控制，直接性地在定子静止坐标系之下，通过空间矢量的概念，借助检测到的定子电流和电压，直接性地在定期坐标系之下对电动机的转矩以及磁链进行控制和计算，进而使转矩的高动态性能实现。在控制方面，除了定子电阻之外的一系列电机参数的改变鲁棒性良好，引入的定子磁链观测器能够比较容易地获得磁链模型，且对同步速度信息转矩模型进行便捷地估算，从而使健全的电动机模型构成，便于无速度传感器控制的实现。倘若将转速调节器再设计在系统当中，那么就能够使性能较高的动态转矩控制实现，从而实现电机车在低速过程当中的最大启动牵引力，确保电机车的强劲有力。

（2）优化设计变频器调速的参数。对工业通用变频器设计参数的优势进行参照，根据电机车的不同优化设计参数。因为电机车需要不同的制动和启动性能、运转速度、载重、自身重量，所以要求对不同的加减速基准频率、频率上限、启动频率等进行设计。其中，不同加减速时间的设计，能够使变频器的参数得以优化，从而使电机车的稳定性与动态性能提升。

（3）变频调速电机车的优势。1）借助世界先进直接转矩控制的变频调速技术，应用进口的IGBT模块元件与进口原装全套控制电路。如此的直接转矩控制技术能够确保启动转矩实现额定值的300%，进而实现电机车在低速过程中的最大启动牵引力，比较适宜侧卸装岩工作面的满载启动需要；2）有着零速制动的作用，处在零位的电机车调速手柄，电机运行，从而使零速制动实现，确保轮对摩擦制动和停车减速不靠闸瓦的实现，非异常行车的情况下不采取手制动的方式，停车的情况下打紧手闸，从而不会磨损闸瓦；3）精密无级调速控制其调速范围最低的频率能够调节至0.1HZ，能够调节1r/min的最低轮对转速。能够结合指标对任意设定的车速做出要求，在设定车速之后，即使是在下坡行驶的过程中也不会超出设定的车速，从而保证司机开慢车。坚决避免由于太快的车速而导致翻车落辙的事故出现。借助调速手柄能够对电机车减速过程中的惯性进行控制，根据改变的频率车速会逐渐地降低，电机能够实现制动的效果，从而使制动的距离缩短；4）借助交流鼠笼式电动机的变频调速器电机不需要太多的维护，变频控制器里面没有触头，不需要应用调速电阻，很少出现故障；5）在下坡道工作的情况下能够对蓄电池进行充电，可以使蓄电池放电的时间延长。有着欠压报警的作用，变频调速器在蓄电池电压低于额定值85%的情况下暂停运行，进而避免蓄电池因为太过放电而使其使用年限缩短；6）变频调速器有着过载保护、温度保护、欠压保护、缺相保护、短路保护的作用。

3　变频调速在蓄电池电机车中的应用效果

（1）安装调试比较简单。在进行安装的时候，仅仅需要注意不接反电源的正极和负极，倘若接反了，那么就会炸坏其内部的电解电容，以及对电路构成毁坏。

（2）便于操作和应用。主、副司控间不具备操作冲突，在发生故障的情况下，仅仅需要将复位按钮按下，机车就可以重新工作。

（3）停止和启动电机车比较平稳，安全系数高。在进行换向的时候，变频机车会在3秒—5秒的时间停稳车，然后反向运行，也就是说在未曾停稳车的时候不会出现反向的情况。

（4）实现理想的节电效果。以往的时候经常需要对电瓶进行充电，现在不需要那么频繁了，从而能够大大地节省电量。

4　结语

在我国，煤矿开采深度不断加深，高瓦斯矿井以及突出矿井的数量也不断增多，煤矿开采环境变得愈来愈复杂。这一系列的因素使得具备环境适应性强特点的矿用防爆特殊型蓄电池电机车在各大煤矿中得以更广泛的应用。而近几年来，变频调速技术在蓄电池电机车中的成熟应用，在提高煤矿井下平巷运输的安全性，减少事故发生率，降低广大职工的劳动强度，节约矿井大量的电能的同事，也使得蓄电池电机车的发展前景更为广阔，最终达到了全国更多的煤矿使用这种技术设备的目的。

参考文献：

[1]张晓彻.窄轨电机车司机[M].北京:煤炭工业出版社,2006(03).

[2]张浩光,王荣泰.变频调速技术在蓄电池电机车上的应用[J].中国新技术新产品,2011(11):143.

[3]杨昕,赵良鹏,毕海泉.变频调速技术在防爆蓄电池电机车上的应用[J].煤矿机电,2011(01):101-102.

作者简介：赵新奇（1978-），男，河南方城人，本科，工程师，主要从事：煤矿机电技术管理工作。