矿用蓄电池电机车变频交流调速技术改造
浅论煤矿井下蓄电池电机车运用变频调速技术进行的改造(吴信敏)
浅论煤矿井下蓄电池电机车运用变频调速技术进行的改造吴信敏黄儒林(淮北矿业集团桃园煤矿，安徽宿州 234116)摘要：本文从变频与逆变电路工作原理、蓄电池电机车变频司控器功能与辅件配置、蓄电池电机车变频改造后应用效果等方面，分析介绍蓄电池电机车运用变频技术改造的情况。
关键词：蓄电池电机车；变频技术；改造引言:在煤矿井下平巷运输中，主要巷道一般都采用架线电机车运输，而在采掘工作面附近的平巷运输则采用蓄电池电机车运输。
后者肩负一线附近的短途材料运输等任务，这也是基于距离迎头近，主架线未敷设到位或防爆问题所考虑的。
再者，直流电机比交流电机易于调速，蓄电池电机车一旦改造后也便于控制，并能节省电能与使用成本。
伴随着变频技术的发展和日益成熟，直流斩波调速技术的优势不再突出了，而交流电机本身的高效率，以及易于维护等方面的优势又高，且宽调速范围和高调速精度都让专业人员与使用者获得了非常满意的效果。
因此，如今蓄电池电机车变频调速技术改造也普遍开展起来了。
在此，就蓄电池电机车变频调速技术改造所涉及到的一些技术问题进行探讨。
1 变频与逆变电路工作原理1）电机变频基本原理。
大家知道，交流电动机产生磁路的主要机械部分也就是转子线圈和定子线圈。
这两者也是相互独立的。
当将三相交流电送入电机的定子线圈，那么就会在电机的定子线圈中产生旋转的磁场，其磁场的旋转速度也就是电机的同步速度(N1)，转子线圈相对独立于定子线圈，转子线圈也是闭合的(可视为短路)。
开始，转子线圈因没有任何外界能量的作用下则保持静止状态。
一旦旋转磁场产生后会使得闭合的转子线圈做切割磁力线的运动，于是便会在转子线圈中产生感应电动势，并形成电流。
而转子线圈中一旦有了电流，那么电磁力便会形成磁矩，从而驱动转子转起来。
这就是说，转子的速度(N2)是滞后于同步速度的，而且还不可能达到同步速度，它总是略低于同步速度。
就是说N1与N2总是存在着差异的，因而这就是异步电机得名。
矿用蓄电池电机车斩波调速系统简介及应用
矿用蓄电池电机车斩波调速系统简介及应用摘要：矿用蓄电池式电机车一直是井下煤矿运输的主要方式，但现有的调速方式主要为串电阻调速，其操作不便、耗能大、对触头冲击大、电机车易损坏，所以用IGBT斩波调速技术代替串电阻调速，节省能源、操作方便。
以IGBT为主开关管的直流斩波调速器，操作灵活、调速性能好、维修方便、经济实用。
会对煤矿的节能和高效率做出很大的贡献，并带来很好的经济效益和社会效益，对于煤矿运输安全起到了积极作用。
关键词：斩波调速司控器；功能；性能；特点；结构；比较；使用与维护0 前言电机车控制器大致经历了电阻凸轮调速、可控硅斩波调速以及IGBT为核心技术的ZBT智能调速三个阶段。
ZBT智能调速司控器，从根本上解决了原电阻调速司控器耗电量大，机械磨损快、启动冲击大、维修量大的弊端，大大提高了机车的牵引力和运行速度，强化了机车的保护功能，使机车变得安全平稳可靠。
ZBT新一代智能调速司控器是电阻调速司控器的升级换代升级产品，是目前国内最先进的矿用电机车调速司控器，也是电机车调速司控器中较理想的产品。
1 ZBT矿用隔爆型斩波司控器的功能概述该调速器是专为防爆特殊型蓄电池电机车设计、开发的新一代无极调速装置，IGBT为主要功率开关元件。
电路采用先进的控制技术，从根本上解决了原电阻调速机车带来的耗电量大、起动冲击、电器元件损坏多、机械磨损大等一系列弊病，此技术给矿山机车运输带来一个飞跃，使运行中更安全可靠、并增添了较大的经济效益。
2 ZBT矿用隔爆型斩波司控器的特点及优点（1）此斩波司控器采用全数字智能控制，主芯片为DSP，保护功能强大，可接受傻瓜式操作；（2）采用绝缘栅双极晶体管斩波，牵引和制动均为斩波控制，可节约电能30%以上；（3）牵引力大，速度快：牵引力比电阻调速提高20%，速度提高30%；（4）主要部件采用模块化结构设计，基本不需要维护，大大提高机车出勤率；（5）电压影响范围宽；（6）安全可靠，起动平稳无冲击，人员安全，性能可靠。
矿用电机车调速系统的改造设计及效果
321 项目背景目前，新景矿井下运输大巷共有电机车 6 辆，主要负责工作面两个采区的煤炭的运输。
每台电机车共有两个驱动电机，额定功率为 20 kW；每天运输煤炭为 300 t；电机车所牵引矿车的额定载重量为 20 t，巷道长度为 2 km，电机车的运行平均速度为 10km/h；所有电机车均是采用调速电阻进行启动并调速控制的，在长期的应用中发现如下问题：一是由于井下运输大巷环境相对潮湿，电机车的电机容易出现接线柱烧毁、线路短路的问题；二是日常的检修工作相对复杂；三是电机车电机的散热能力较差；四是调速电阻缺乏相应的电路短路、欠电压、过电压保护等功能。
为了提升矿用电机车的运输效率，需对其进行改造。
考虑到将当前的电机车直接进行更新换代的成本较高，综合考虑节约成本 + 节能的目的，决定对当前矿用电机的调速系统进行改造。
2 改造方案1）直流改造方案。
该方案的核心在于为电机车电气系统配备直流电动机，并为其配备与之相匹配的全数字传动装置、直流变压器等零部件。
采用直流改造方案能够实现对电机车的平滑调速，即基于该方案下电气系统的节能效果最佳。
但是，直流改造方案的成本偏高。
2）变频改造方案。
基于变频改造方案可选用交交变频器或者交直变频器，该改造方案具有控制精度高、节能效果佳等优势，也是未来电机车电气系统的发展方向。
但是，变频改造方案的成分费用较高，其性价比较低。
3）交流变频改造方案。
该改造方案具有操作简单的优点，即采用数字化低频制动装置代替原有的低频机组，将老式的继电器更换为大功率无触点开关，将 PLC 控制技术应用其中。
此外，该改造方法成本费用较低，改造工期较短，适用于老矿井的改造使用。
但是，该改造方案的控制精度相对较低。
综合考虑本矿井的特点，本文将选用交流变频改造方案。
3 电机车变频调速系统的设计3.1 变频调速系统电路的改造基于交流变频改造方案，采用反并联 SCR 功率元件实现转子电阻的切换，其主电路图如图 1 所示。
基于SRM的新型矿用蓄电池机车调速系统设计
基于SRM的新型矿用蓄电池机车调速系统设计摘要：研究背景：矿用机车的调速问题是矿山自动化技术的重要课题。
为了提高矿用机车的调速效率，提出了一种基于SRM的新型矿用蓄电池机车调速系统的设计。
研究内容：首先介绍了SRM驱动技术的优点，并结合蓄电池的性能特点，设计了一种新型的矿用机车调速系统，分别对控制系统、电机驱动模块及动力模块进行了详细的分析和模拟，完成了全部调速系统的控制设计。
最后，通过实验结果可以得出结论，基于SRM驱动技术的新型矿用蓄电池机车调速系统能够满足矿用机车的调速要求，达到良好的调速效果。
关键词：SRM，矿用机车，蓄电池，调速系统正文：1. 研究背景矿用机车的调速是矿山自动化技术的重要研究课题，调速的合理性直接影响着矿山自动化技术在智能运输上的应用效果。
而传统的调速方式主要是利用传统的系统调速技术，例如变频器调速、空气控制器调速等，但是这些调速方式存在一定的缺点，如容易出现姿态抖动和调速延迟等问题，这些缺点是不利于实现智能运输的。
2. 基于SRM的新型矿用蓄电池机车调速系统设计为了提高矿用机车的调速效率，提出了一种基于SRM （Surface Mounted Motor）驱动技术的新型矿用蓄电池机车调速系统的设计。
该调速系统整体架构如图1所示，由控制系统、电机驱动模块、动力模块三部分构成：（1）控制系统：控制系统采用DSP控制器作为核心，对SRM进行控制，并将最终调速数据发送至外部系统；（2）电机驱动模块：电机驱动模块主要由智能无刷变频器、PWM模块、电流检测模块等组成，实现SRM电机的控制和调整；（3）动力模块：动力模块主要由蓄电池和SRM电机构成，其中SRM电机使得调速过程实现的高效快捷，而蓄电池的性能特点使得矿用机车的调速受到保障。
3. 控制系统设计首先根据系统的需求，设计SRM的控制策略，以实现高效的调速，其次确定SRM的控制方式，采用双闭环控制方式，即速度闭环控制+电流闭环控制。
煤矿机电设备中的变频技术节能改造技术
煤矿机电设备中的变频技术节能改造技术发布时间：2021-10-19T03:07:21.820Z 来源：《工程建设标准化》2021年第15期作者：李培林[导读] 我国具备十分丰富的煤炭能源，其储藏量当今世界稳居前端。
在中国资源应用中，煤炭能源的地位十分李培林身份证号码：41078119810310****摘要：我国具备十分丰富的煤炭能源，其储藏量当今世界稳居前端。
在中国资源应用中，煤炭能源的地位十分重要，并在社会经济发展中日益发挥着十分关键的作用。
但是我国煤矿经常产生一些安全生产事故，造成严重的内耗情况。
因此我国许多煤矿企业将变频节能技术广泛运用于生产中与煤矿机电设备应用中，使我国煤矿生产中存有过大耗能的难题获得妥善处理。
关键词：煤矿机电设备；变频技术；节能；改造技术现代社会的发展，使人们生活水平提高的同时，对煤炭资源的需求量也日益增长，这使得越来越多的煤矿企业逐步扩大生产规模，通过改造煤矿机电设备来提高原煤产量。
当然，煤矿企业在对煤矿机电设备进行技术改造过程中，人们也越来越重视煤矿机电设备的运行可靠性与稳定性。
电耗作为煤矿成本中的一项重要构成指标，在煤矿机电设备改造中必须要尽可能降低吨煤电耗量，这对整个煤矿领域的发展有着重大影响。
在此背景下，将变频节能技术应用到煤矿机电设备改造工作中，可使其能源消耗得到大幅降低，进而使机电设备取得更高的运转效率，有效延长了煤矿机电设备的使用寿命，保证了其运转稳定性，更重要的是能够减少煤矿生产成本的投入，从而为煤矿企业创造更多的利润。
1变频节能技术的概念对于变频技术来说，其是一种将固定频率的交流电源借助于电子器件进行转换，以使交流电具备多种不同的频率。
交流电源在进行不同频率交流电转化时，其电能变化几乎可以忽略不计，这种变化主要体现在电流频率方面。
可利用以下数学公式来对交流电动机转速进行描述，即N=60f/p（1-s）。
其中，交流电源的供电频率、电动机极对数以及电动机转差率可分别由f、p、s进行表示。
煤矿架线电机车的变频改造
煤矿架线电机车的变频改造[摘要]架线电机车合理改造以便更好的服务煤矿生产。
【关键词】煤矿；变频调速；矢量控制；单片机；SPWM1、概述矿用电机车是煤矿生产所需的一种主要的运输装置，目前主要采用直流电动机驱动。
但是，随着交流调速技术的发展，交流调速系统的性能有了很大了提高，同时由于交流电机和直流电机相比具有功率大、效率高、无电刷和换向器，维护成本小的优点，因此用交流电动机取代直流电动机应用在矿用电机车上，已成为矿用电机车发展的趋势。
本文给出了采用矢量控制的原理和实现方法，并对所采用的控制算法进行了分析，设计了基于单片机80C196MC和智能功率模块(IPM)的矿用电机车矢量控制系统。
该方案利用受控于单片机的智能功率模块产生电机的三相电压；2、系统硬件设计本文设计的整个调速系统由主电路、单片机控制电路和反馈量检测电路组成。
主电路是由逆变电路构成。
其中逆变电路采用IPM智能功率模块完成功率变换；单片机控制电路以80C196MC单片机为控制核心，包括存储器扩展电路和一些外围电路如：键盘显示电路、复位电路、系统保护电路等等。
单片机控制电路主要负责数据处理矢量控制算法的计算、PWM波和控制信号的产生以及显示和故障处理等等任务。
反馈量检测电路主要由定子电流检测电路和转速检测电路组成，检测值送单片机处理后主要用于矢量控制算法的计算。
整个变频调速系统的主要组成部分如下图所示。
2.1智能功率模块IPM本系统的逆变器件采用智能功率模块IPM 。
IPM是以绝缘栅双极晶体管IGBT为功率器件的新型模块。
传统的IGBT是功率场控晶体管MOSFET和电力晶体管GTR的复合，它把MOSFET的驱动功率小、开关速度快的特点和GTR 通态压降小。
功率电路，缓冲电路还有门极驱动电路必须设计到足以承受和的极限值。
如果功率电路漏感不够小、缓冲电路吸收不充分，瞬态过电压就会发生。
同时地环路和杂散电容还会引起严重的噪声问题。
IPM智能功率模块结构IPM共有6个主回路端(P,N,B,U,V,W)﹑16个控制端，其中VccU﹑VccU﹑VccW分别为U,V,W相上桥臂控制电源输入的+端，GNDu, GNDv, GNDw分别为对应的一端;VinU﹑VinV VinW分别为上桥臂U,V,W相控制信号输入端，Vcc,GND为下桥臂公用控制电源输入；VinX﹑VinY﹑VinZ分别为下桥臂X﹑Y ﹑Z相控制信号输入端；VinDB为制动单元控制信号输入端；2.2逆变电路IPM的选择正常工作时，电网直流供电电压U为440～660V,则经过电容滤波后的直流电压可由下式计算确定：式中:为安全系数，一般取=1.1；1.1为波动系数；Ed为电容滤波后的直流电压。
基于直流斩波的矿用蓄电池电机车调速装置改造
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１ 直 流 斩 波 调 速 装 置 的 选 型
ＩＧＢＴ直流 斩波 调 速 装 置 同可 控 硅 直 流斩 波调 速装 置相 比 ，具 有 控制 简 单 、更 节 能 、滤 波 电容 和 电 感容 量小 、装置 体积 小 的特点 ；同交 流变频 调 速装置 相 比 ，由于采用 串激 直流 电动机 ，具 有启 动力矩 大 的 优点 ，改 造 成 本 低 。若 采 用 变 频 调 速 装 置 ，还 需 投入 ２台交流 异步 电动机 ，成本 较高 ，况且 变频 调速 技术 在矿 用 电机车 上 的应用还 不太 广泛 。结合 实 际 情况 ，选 用 了 ＺＢＴ．１００／１００Ｘ型 ＩＧＢＴ直 流斩 波 调速 装 置箱 。
（４）该装 置 较 电阻调 速 及可 控 硅 直流 斩 波装 置 电气 线路 简单 ，空 间大 ，便 于维 护检修 。
该装 置主 要技术 参 数 ：① 适用 机 车 黏 重 ，５ ｔ：② 额定 电压 ９６ Ｖ；③ 额定 电流 １００ Ａ；④ 输 出 电压 调节 范 围 １０％ 一９０％ 。
２ 工 作 原 理
矿用 蓄 电池 电机车 调 速装 置 采 用 了 ＩＧＢＴ大功 率开 关器 件 ，控 制方 式为定 频 调宽 。ＩＧＢＴ的开通 和
（３）日常 维护 大大 减 少 。原 电 阻调 速装 置 共 有 ９对 调 速 触 头 ，动 触 头 通过 转 轴 与 静触 头 变 换 接 触 达 到调 速 目的 。 由于机 车运 行 中电 流较 大 ，经 常 烧 坏触 头和连 接触 头 的胶 木 座 ，严 重 影 响 了 电机 车 的 正常 运行 。ＩＧＢＴ调 速 装 置 则 可 以 实 现无 触 点 调 速 控制 ，日常维护 量很小 。
矿山直流电机车应用交流变频技术改造的探析
矿山直流电机车应用交流变频技术改造的探析摘要:介绍煤矿直流电机车的应用情况，实施交流变频改造的原理、特点及效果。
关键词:直流电机车；变频技术；改造；效果Application of AC variable frequency DC locomotive mine transformation of Analysis Wang Yuxi Abstract：The application of locomotives coal DC, AC variable frequency transformation of the implementation of the principle, characteristics and effects. Key words：DC locomotive; Inverter technology; Transformation; Effect煤矿架线电机车随着电子技术的迅速发展和制造工艺水平的不断进步，变频调速技术也得到了广泛的应用，从而使矿井运输成本逐步下降。
变频技术由于具有显著的节电效果，在大功率电机中应用越来越多。
重要的节电和改变机械性能作用，给企业带来了较好的经济效益与社会效益，因此倍受欢迎。
一、煤矿直流电机车在用状况煤矿架线电机车一般在矿井生产运输中至少几台甚至十几台以上。
有些矿井运送煤炭、矸石等矿物原料、废料，都使用架线电机车。
较大的运输工作量与电耗，给运输生产成本带来很大压力。
现广泛应用的ZK系列直流电机车，为上世纪50年代老产品，长期以来没有过较大的技术改造，存在机车牵引力小、电阻调速方式落后等缺陷。
直流调速器带有电阻器运行，消耗在电阻上的电能非常可观。
电阻发热，还会导致瓷架和电阻片烧坏；直流牵引电动机转子上因为有线圈和易磨损的换向铜头、碳刷等，其故障率和维护费用高；机械制动系统空行程长，有级分档调速，不能均匀调速，在低速行驶时司机需不停地在1档和零档转换达到慢速运行。