- 相關(guān)推薦
變頻電機(jī)車(chē)的應(yīng)用
變頻電機(jī)車(chē)的應(yīng)用，是小編為大家精心整理的關(guān)于變頻電機(jī)車(chē)的論文，歡迎各位機(jī)電一體化的同學(xué)閱讀!
摘要： 文章由礦用直流架線式電機(jī)車(chē)存在問(wèn)題入手，基于變頻調(diào)速的方向探討電機(jī)車(chē)的改造方案，再將直流電阻調(diào)速電機(jī)車(chē)與交流牽引變頻調(diào)速電機(jī)車(chē)作對(duì)比，凸顯變頻調(diào)速電機(jī)車(chē)的性能及優(yōu)勢(shì)，為變頻電機(jī)車(chē)在礦井作業(yè)中的應(yīng)用打下良好的理論基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞： 直流架線式電機(jī)車(chē);問(wèn)題;改造方案;交流變頻調(diào)速電機(jī)車(chē)
引言
直流架線式電機(jī)車(chē)是礦井重要的運(yùn)輸設(shè)備，機(jī)車(chē)牽引電機(jī)通常采用一兩臺(tái)直流串激電動(dòng)機(jī)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(tái)電機(jī)，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(jī)的轉(zhuǎn)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(jī)。此時(shí)一定要接入起動(dòng)電阻，再逐步將電阻切斷，當(dāng)電阻完全切除時(shí)電機(jī)車(chē)便可全速運(yùn)行。電機(jī)通過(guò)能耗制動(dòng)，就是切斷電機(jī)的工作電源，將其接成串激發(fā)電機(jī)然后將電阻以串聯(lián)的方式接入。此時(shí)電機(jī)將電機(jī)車(chē)的慣性功能轉(zhuǎn)換為電能消耗在電阻上，電機(jī)車(chē)就能加速停車(chē)。制動(dòng)力矩的調(diào)節(jié)可通過(guò)改變制動(dòng)電阻阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)。而通常都要借助控制器來(lái)切換各線路。控制器由主控制器鼓與換向兩大元部件構(gòu)成。電機(jī)車(chē)前后運(yùn)行主要由換向鼓來(lái)操控。而兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的串聯(lián)或并聯(lián)，電阻的接入與切換，以及電動(dòng)機(jī)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(xiàn)。但隨著技術(shù)提升，交流變頻調(diào)速系統(tǒng)越來(lái)越多的被應(yīng)用到礦用電機(jī)車(chē)中。
1 直流架線式電機(jī)車(chē)存在的問(wèn)題
�、僦绷麟妱�(dòng)機(jī)構(gòu)造復(fù)雜，制造成本高，不耐潮，而且轉(zhuǎn)子上有線圈和易磨損的炭刷，運(yùn)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(diào)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(xiàn)低速運(yùn)行，觸頭燒蝕現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，常常破壞生產(chǎn)秩序;
③控制器接地或接觸不良導(dǎo)致設(shè)備單機(jī)運(yùn)行或出現(xiàn)電氣制動(dòng)失靈的問(wèn)題，安全運(yùn)行無(wú)保障;
④電阻降壓調(diào)速帶電阻動(dòng)行，電能消耗量大，節(jié)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(jī)車(chē)沒(méi)有好的運(yùn)行環(huán)境，運(yùn)行時(shí)電網(wǎng)電壓往往出現(xiàn)大的波動(dòng)，架線線路高低錯(cuò)落，致使受電弓子頻繁跳動(dòng)。鋪設(shè)的運(yùn)輸鐵軌低洼錯(cuò)落，而且回饋線電阻也會(huì)因鐵軌接洽處處理不當(dāng)而造成電阻阻值變大，線路的電壓隨著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(qū)，車(chē)斗只經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的連接，運(yùn)行時(shí)發(fā)生碰撞產(chǎn)生較大的沖擊力。這些都是直流架線式電機(jī)車(chē)井下運(yùn)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(jié)省施工時(shí)間，經(jīng)改造的電機(jī)車(chē)工作電源仍然在直流架線下工作，同時(shí)可根據(jù)原有尺寸安裝三相交流電動(dòng)機(jī)機(jī)座和機(jī)輪，允許互換安裝;
�、跒檫m應(yīng)多彎道的井下作業(yè)，電機(jī)車(chē)經(jīng)改造后最小牽引力可達(dá)到2.2KN;
�、墼诩芫�弓子瞬時(shí)斷電時(shí)，恢復(fù)后能夠迅速起動(dòng);
�、茈姍C(jī)車(chē)經(jīng)改造后，機(jī)車(chē)故障減少，穩(wěn)定性有了保障，節(jié)省了一大筆維修費(fèi)用;
⑤備件消耗小，造價(jià)得到有效控制;
�、藓碾娏繙p少，節(jié)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(diào)速技術(shù)作為交流電機(jī)重要的調(diào)速方式也取得了很大的進(jìn)步。變頻器的功能是調(diào)控交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。特別是直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)變頻器，其變頻調(diào)速技術(shù)可以說(shuō)首屈一指，是現(xiàn)階段業(yè)界普遍認(rèn)可的最佳調(diào)速方式，目前已廣泛應(yīng)用與電梯、造紙、冶金、港口機(jī)械和礦產(chǎn)等諸多行業(yè)。變頻器的調(diào)速性能不必多說(shuō)，相較于直流調(diào)阻電機(jī)車(chē)或直流斬波電機(jī)車(chē)來(lái)說(shuō)，變頻器顯著的節(jié)能功效值得一提。
4 改造系統(tǒng)的原理
�、傧到y(tǒng)組成。經(jīng)改造的系統(tǒng)，原有的直流調(diào)阻系統(tǒng)DTC變頻調(diào)速器所取代，三相交流異步電動(dòng)機(jī)代替了原有的直流電動(dòng)機(jī)。
�、谙到y(tǒng)原理。DTC變頻調(diào)速技術(shù)，是通過(guò)空間電壓矢量PWM直接控制磁鏈和轉(zhuǎn)矩，確定逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)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(hào)選擇單元給出，電動(dòng)機(jī)的定子電流、母線電壓同檢測(cè)單元測(cè)出后經(jīng)坐標(biāo)變換器變換到模型所用的d-P坐標(biāo)系下，再與轉(zhuǎn)速信號(hào)一起作為電動(dòng)機(jī)模型的輸入，計(jì)算出磁鏈、轉(zhuǎn)矩;將模型磁鏈幅值、轉(zhuǎn)速值和轉(zhuǎn)矩值與設(shè)定的輸入量作比照后分別送至相應(yīng)的調(diào)節(jié)器，經(jīng)兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)輸出相應(yīng)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩開(kāi)關(guān)量，這個(gè)量作為開(kāi)關(guān)信號(hào)選擇單元輸入，以選擇適當(dāng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)完成直接轉(zhuǎn)矩控制。
它完全能夠使三相鼠籠異步電動(dòng)機(jī)達(dá)到和超過(guò)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩零轉(zhuǎn)速滿轉(zhuǎn)矩起動(dòng)，轉(zhuǎn)矩可達(dá)到150%以上，最大轉(zhuǎn)矩為200%，可滿足電機(jī)車(chē)在低速時(shí)的最大起動(dòng)牽引力，使機(jī)車(chē)強(qiáng)勁有力，是目前最先進(jìn)的交流異步電機(jī)的控制方式。這對(duì)井下環(huán)境惡省，軌道轉(zhuǎn)彎多、弧度小非常有力。改造后的交流變頻調(diào)速電機(jī)車(chē)采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠的三相鼠籠異步電動(dòng)機(jī)和節(jié)電顯著的以英威騰GD300-22G變頻調(diào)速器為主機(jī)的控制系統(tǒng)，與原有的電機(jī)車(chē)控制系統(tǒng)相比，具有牽引力大、運(yùn)能高;安全性、操控性、舒適性大幅提高;維護(hù)費(fèi)用低、無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng);節(jié)能效果顯著四大優(yōu)點(diǎn)。新系統(tǒng)使機(jī)車(chē)牽引力可提高150-200%，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，節(jié)能效果顯著。3噸交流牽引力電機(jī)車(chē)改造完畢后，可達(dá)到5噸直流牽引力電機(jī)車(chē)的牽引力并實(shí)行節(jié)能與安全制動(dòng)兼顧，節(jié)電效果比原配置直流系統(tǒng)高25-35%。
5 直流電阻調(diào)速電機(jī)車(chē)與交流牽引變頻調(diào)速電機(jī)車(chē)比較
�、偎究仄鞑糠忠讚p部件：司控器部分的年維修費(fèi)用： 2000元/年。相比較：交流變頻電機(jī)車(chē)，則沒(méi)有這方面的維修量，節(jié)省了這方面的維修費(fèi)用。
②直流電機(jī)部分易損部件：直流電機(jī)部分的年維修費(fèi)用：在1.5萬(wàn)元～2萬(wàn)元(包括大修轉(zhuǎn)子)。相比較：交流變頻電機(jī)車(chē)，交流電機(jī)的維修費(fèi)用很小、維修量也小、使用壽命長(zhǎng)、與直流電機(jī)比較價(jià)格低。
�、壅{(diào)速電阻器 直流電阻調(diào)速電機(jī)車(chē)制動(dòng)部分年維修費(fèi)用：(180×4)×6+700=5020元。相比較：交流變頻調(diào)速電機(jī)車(chē)采用再生制動(dòng)，基本不用手動(dòng)制動(dòng)�？梢怨�(jié)省下這部分費(fèi)用。
6 交流變頻調(diào)速電機(jī)車(chē)與直流電機(jī)車(chē)相比較顯著特點(diǎn)是節(jié)省能耗
�、儆捎诮涣髯冾l調(diào)速電機(jī)車(chē)采用的是DTC直接轉(zhuǎn)矩控制，而電阻調(diào)速電機(jī)車(chē)?yán)?加、甩)電阻耗能進(jìn)行調(diào)速，所以電阻調(diào)速電機(jī)車(chē)比交流變頻調(diào)速電機(jī)車(chē)能耗要大35%左右。②交流變頻調(diào)速電機(jī)車(chē)啟動(dòng)力矩大(可達(dá)到300%)，直流電阻調(diào)速電機(jī)車(chē)啟動(dòng)力矩小(最高只能達(dá)到180%)。
�、劢涣髯冾l調(diào)速電機(jī)車(chē)在上坡道可以任意停車(chē)再啟動(dòng)運(yùn)行，下坡道可以設(shè)定任意速度行駛，避免了飛車(chē)。變頻調(diào)速電機(jī)車(chē)可以在60‰的坡道上運(yùn)行，而電阻調(diào)速直流電機(jī)車(chē)只能在小于11‰的坡道上運(yùn)行。
�、苤绷麟娮枵{(diào)速電機(jī)車(chē)，尤其在頻繁啟動(dòng)(加、甩電阻換檔)時(shí)，架線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(diào)速電機(jī)車(chē)則不存在這個(gè)問(wèn)題。
�、輳臓恳Ψ矫姹容^：電阻調(diào)速直流電機(jī)車(chē)特性軟，交流變頻調(diào)速電機(jī)車(chē)特性硬，相同黏著條件下直流牽引電機(jī)車(chē)牽引力小。
7 結(jié)論
①每臺(tái)直流電阻調(diào)速電機(jī)車(chē)每年的耗材及維修費(fèi)用大約是25000元(包括更換直流電機(jī)轉(zhuǎn)子)。采用交流變頻調(diào)速電機(jī)車(chē)節(jié)約電費(fèi)大約50600元/年。②與直流電機(jī)車(chē)相比較，采用交流變頻調(diào)速電機(jī)車(chē)。每年每臺(tái)機(jī)車(chē)可以節(jié)約綜合費(fèi)用大約6萬(wàn)元左右。如果改造一臺(tái)七噸電機(jī)車(chē)一次投資的費(fèi)用一年半便可收回。
參考文獻(xiàn)：
[1]孫杰華.牽引變電所直流系統(tǒng)故障分析和解決方法[J].黑龍江科技信息，2010(27).
[2]周春志.變頻調(diào)速裝置在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用研究[J].價(jià)值工程，2011(07).
[3]高露英.論變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的研究與設(shè)計(jì)[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊)，2011(01).
【變頻電機(jī)車(chē)的應(yīng)用】相關(guān)文章：
地鐵環(huán)控系統(tǒng)變頻技術(shù)的應(yīng)用10-05
礦山機(jī)械設(shè)備中變頻技術(shù)的應(yīng)用10-05
變頻器應(yīng)用中存在的問(wèn)題及處理對(duì)策10-05
機(jī)車(chē)實(shí)習(xí)報(bào)告04-28
繼電接觸控制線路在實(shí)際的應(yīng)用10-05
變頻空調(diào)的電磁兼容10-05
機(jī)車(chē)間實(shí)習(xí)報(bào)告范文10-08