变频电机车的应用

   摘要： 文章由矿用直流架线式电机车存在问题入手，基于变频调速的方向探讨电机车的
改造方案，再将直流电阻调速电机车与交流牵引变频调速电机车作对比，凸显变频调速电
机车的性能及优势，为变频电机车在矿井作业中的应用打下良好的理论基础。

 

　　关键词：

 直流架线式电机车；问题；改造方案；交流变频调速电机车 

　　

0 引言 

　　直流架线式电机车是矿井重要的运输设备，机车牵引电机通常采用一两台直流串激电
动机作为牵引动力。为控制起动电流，初步起动时先以串联的方式连接两台电机，并将最大
的起动限流电阻串联在回路上。启动后电机的转速逐步增加，操作者逐步切断电阻，再以并
联的方式接入电机。此时一定要接入起动电阻，再逐步将电阻切断，当电阻完全切除时电机
车便可全速运行。电机通过能耗制动，就是切断电机的工作电源，将其接成串激发电机然后
将电阻以串联的方式接入。此时电机将电机车的惯性功能转换为电能消耗在电阻上，电机车
就能加速停车。制动力矩的调节可通过改变制动电阻阻值来实现。而通常都要借助控制器来
切换各线路。控制器由主控制器鼓与换向两大元部件构成。电机车前后运行主要由换向鼓来
操控。而两台电动机的串联或并联，电阻的接入与切换，以及电动机接成能耗制动的操作则
要通过主控制器鼓来实现。但随着技术提升，交流变频调速系统越来越多的被应用到矿用电
机车中。

 

　　

1 直流架线式电机车存在的问题 

　　

①直流电动机构造复杂，制造成本高，不耐潮，而且转子上有线圈和易磨损的炭刷，

运行时故障频出，备件和维修成本都较高；

②通过司车头控制器的切换来调控速度，平滑

性不好，而且仅能通过零档与

1 档的切换实现低速运行，触头烧蚀现象频繁出现，常常破

坏生产秩序；

③控制器接地或接触不良导致设备单机运行或出现电气制动失灵的问题，安

全运行无保障；

④电阻降压调速带电阻动行，电能消耗量大，节能效果差。 

　　

2 装置改造的必要性 

　　井下作业环境比较特殊化，电机车没有好的运行环境，运行时电网电压往往出现大的
波动，架线线路高低错落，致使受电弓子频繁跳动。铺设的运输铁轨低洼错落，而且回馈线
电阻也会因铁轨接洽处处理不当而造成电阻阻值变大，线路的电压随着与变电站距离的拉
大而逐渐减小。通常井下多弯道、漏斗和无电区，车斗只经过简单的连接，运行时发生碰撞
产生较大的冲击力。这些都是直流架线式电机车井下运行所要面临的问题。为此可采取以下
措施解决这些问题：

①为控制改造时的成本投入比例，节省施工时间，经改造的电机车工

作电源仍然在直流架线下工作，同时可根据原有尺寸安装三相交流电动机机座和机轮，允
许互换安装；

②为适应多弯道的井下作业，电机车经改造后最小牵引力可达到 2.2KN；③

在架线弓子瞬时断电时，恢复后能够迅速起动；

④电机车经改造后，机车故障减少，稳定

性有了保障，节省了一大笔维修费用；

⑤备件消耗小，造价得到有效控制；⑥耗电量减少，

节能效果良好。

 

　　

3 改造方案的选择 

　　最近几年，电力电子技术和

PLC 技术及 IGBT 功率期间迅速发展，变频调速技术作为

交流电机重要的调速方式也取得了很大的进步。变频器的功能是调控交流电动机的转速。特
别是直接转矩控制（

DTC）变频器，其变频调速技术可以说首屈一指，是现阶段业界普遍

认可的最佳调速方式，目前已广泛应用与电梯、造纸、冶金、港口机械和矿产等诸多行业。变
频器的调速性能不必多说，相较于直流调阻电机车或直流斩波电机车来说，变频器显著的
节能功效值得一提。

 

　　

4 改造系统的原理