井下電機車中變頻技術的應用

前言

       電機車是促進開采運輸機械化的牽引電氣設備之一，目前國內井下牽引電動機多為直流電動機，采取串電阻的調速方式。這樣一來，換向器和電刷的存在會加大電動機的易損壞程度，增加了系統的維修量。因此，引入變頻技術，使用交流牽引電動機和變頻調速方式，有利于解決架線式電機車的弊端。
一、變頻調速控制技術
隨著電力電子技術的飛速發展，自動化控制技術正經歷著一場新的變革。變頻調速憑借卓越的調速啟動、制動性能，高效率、高功率因數和節電功效，廣泛的適用領域等被公認為發展前途最為廣闊的調速方式。20世紀變壓器的出現使改變電壓成為一件易事，電力行業由此壯大，長期以來固定的交流電頻率得以改變，變頻調速技術的出現極大地提高了頻率的利用效率。為了使變頻調速控制運行正常，需要開環和閉環兩類系統控制。開環負責簡便控制，能夠達到特性較硬、調速范圍較寬和較平滑的效果。當負載對調速精度和轉矩控制要求較低時，轉速開環控制即可滿足，對于要求較高的情況則需使用閉環反饋控制。閉環控制仍然利用速度反饋，而簡單的速度負反饋只在一定程度上確保了調速精度，無法對轉矩進行控制；遇到急劇加速減速時，可能造成電動機系統不穩定，對動態控制的性能欠佳，因而很有必要采用較復雜的反饋控制。
二、變頻技術在井下電機車中應用的必要性
（一）直流串勵電動機的缺陷
當前井下電機廠使用最多的牽引電動機為直流串勵電動機，由于電機車在運輸過程中需要獲得多種運行速度，必須靠司機操控牽引電動機的轉速。直流串勵電動機的機械軟特性是指，轉速n與負載的輕重呈負相關，當電動機的轉動力矩大時，轉速偏低；當轉動力矩減小時，電動機的轉速加快?？蛰d的電動機，此時極小的轉動力矩對應極高的轉速，可能會出現“飛車”現象，不僅嚴重惡化了換向條件，而且會損害轉子，甚至發生人身事故?？梢?，應對串勵電動機進行最低負載的規定，避免在空載下運行。電機車采用串勵式調速方式時，會形成較大的啟動沖擊，無法順利達到軟啟動。電機車司機的控制器是帶負荷切換裝置，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；在調速過程中不易保持平穩，加大了電機車司機操作和檢修的困難，無法完善電路的保護系統，安全性能較低。
（二）交流電動機的操作優勢
交流變頻調速技術正在日趨完善，越來越多地受到生產部門的應用。在開采活動中，交流電機與直流電機相比，擁有更高的功率、效率，更低的維護成本，更方便的無電刷和換向器，交流電動機取代直流電動機在井下電機車的地位指日可待，是礦用電機車發展的新趨勢。在井下架線式電機車中推廣變頻調速技術，能夠顯著提高電機車的調速性能，減輕設備磨損，降低備品備件的投資，保證控制力度精準，延長設備使用壽命，為完成井下軌道運輸任務貢獻力量。
三、變頻調速的有效策略及應用
（一）交—直—交變頻
井下架線式電機車應安裝逆變設備，由此可直接獲得電網上的直流電，并轉化成可調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車轉變為基礎性的交流電機車，并且在改造戶后，改造者還能利用電源頻率對工作的速度加以控制。
（二）變頻調速的應用方法
首先將調速器固定，把換向和調速手柄處的設置調零，并手動關閉交流變頻電機車開關，確保電流暢通。通電后，觀察報警燈是否亮起，而后對準備燈進行觀察，以兩燈同時亮起作為開展其后一系列工作的標志。先轉動換向手柄，調整到工作所需的方向，等待一段時間后，工作燈亮起機器即可開始工作，可將調速手柄調到機器某功能所需速度。由于運載量過大，超載現象時有發生，此時礦用電機形成短路，變頻調速交流電機車的警示燈亮起，正在運行的工作自動停止，工作者可在排除相應隱患之后，通過“復位”實施恢復。
（三）變頻技術在井下電機車的應用
三相異步變頻調速電動機具有較高的可靠性，故障率低，鼠籠轉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對絕緣性能的損害。同時減少了碳刷的消耗，降低了維修量，運行費用少。在控制器的維護量方面，變頻調速控制器換向調速的構成成分是簧管、電位器等，無觸點，減少了維修量。在電力消耗方面，將架線式交流牽引變頻調速電機車應用到同一牽引電網上，能夠將牽引電網饋電功能作為上坡運行列車電能消耗的補償，大幅提高節電率。在調速性能上，實現了無級調速，調速均勻。最后，交流牽引電動機通過直接轉矩控制，在相同的粘著條件下產生更大的牽引力。
四、結語
總之，交流電動機的變頻技術深受工業用戶歡迎，已經成為電動機調速的新方向。特別是在井下架線式電動車中，它的性能具備非常大的使用空間，在更加惡劣、耗電更大的生產環境中，應用和推廣變頻技術將有巨大的實際意義。