电机车变频改造方案

双马世纪科技变频器改造方案

一、矿山概况现有矿山都用ZK系列的架线式调阻电机车运输。由于运输线路长、坡度大，调阻电机车在运输途中频繁出故障，故障主要是：过流过压烧损司控器的接触器触头，烧损启动电阻甚至于烧损直流电动机，严重影响生产。随着掘进的延伸，运输距离越来越长，矿石的产量在持续增长，而窄轨铁道线的联接处时断时松，导致回流阻值大，使调阻机车在运行中总在调速档内工作。这样既消耗了大量的电能，又使机车经常处于断电和电压冲击状态，

一、矿山概况

现有矿山都用ZK系列的架线式调阻电机车运输。

由于运输线路长、坡度大，调阻电机车在运输途中频繁出故障，故障主要是：过流过压烧损司控器的接触器触头，烧损启动电阻甚至于烧损直流电动机，严重影响生产。

随着掘进的延伸，运输距离越来越长，矿石的产量在持续增长，而窄轨铁道线的联接处时断时松，导致回流阻值大，使调阻机车在运行中总在调速档内工作。这样既消耗了大量的电能，又使机车经常处于断电和电压冲击状态，容易损坏机车内的电器，同时造成机车空转，增加机械磨损，每年维修及损耗材料费用急剧增加。这些现象天天存在，还有不断上涨的材料费用。矿运输区十分重视，千方百计地想办法解决这一难题。

二、有关技术参数

湖南省湘潭市双马世纪科技有限公司本着“一切为了矿山”的服务宗旨，为该钨矿运输区提供了一套窄轨电机车专用交流变频变压调速装置，本装置主要技术参数见表。

变频器主要参数表

三相异步交流变频牵引电机基本参数表

三、技术改造方案

1、概述

本改造方案是我公司为矿山ZK20-6.7.9/550的直流调速机车上改装交流变频变压（VVVF）调速装置的实际情况而制定，具有以下特点：

1.1 电机车的机械部件与原电机车通用，但电气部分有较大的变化。交流变频变压（VVVF）调速装置是一套独立的电气控制系统，其工作原理如下：

本变频器采用美国TI公司的准32位电机专用数字信号处理器作为主控制器（TMS320LF2407A），在软件控制下，接受司控的指令后，通过采取电流传感器的三相电流数据，将三相电流clark变换，得到坐标系的分量，并且根据当前电压空间矢量位置进行Park变换，再用我们自已研制的反电势定向数学模型计算出反电势位置，以反电势方向为横轴，建立反电势坐标系，对α、β坐标的电流iα、iβ在反电势坐标系上进行Park变换，计算出力矩电流和磁场电流iα、iβ，再由力矩电流参考值Itref 进行力矩电流调节。通过对im调节，间接对磁场进行动态补偿。由力矩电流调节和动态磁通补偿输出，控制电压矢量PWM发生器的相角和调制系数来产生三相电压，进而控制交流电机的工作。

系统框图：

交流变频变压电机车控制框图：

1.2 司机控制全过程为无触点控制，零电流吸合、断开，实现了电机车从零到最高速度范围的无级调速。

1.3 直变器，改装一套+24V辅助电源装置为机车提供更多的安全电源接线端子。

1.4 设置了能量反馈装置，使机车的电制动响应快，制动力矩大并且制动制停反应灵敏、迅速、有效，完全实现了频繁制动肿停的特性，更进一步提高了机车安全行驶的保障。

1.5 采用三相异步交流变频牵引电机，其电机基本上实现了免维护，也无串激式直流电机的小时工作制和长时工作制之分。

2. 改造后产品的主要用途和使用范围

2.1 主要用途

经改造后的产品主要用在无爆炸性气体环境下，作为井下牵引矿

车组的牵引电机车，运送矿石和物资材料；

2.2 改造后产品使用环境：

2.2.1 海拔高度不超过2000m；

2.2.2 周围空气最高温度为+40℃，最低温度为-25℃；

2.2.3 最湿月的月平均最大相对湿度为不超过95%（同月的月平均温度不大于+25℃）；

3. 改造后产品的技术特性

3.1 改造后产品的技术参数，见附表（下页）：

4. 改造要点

4.1 电气结构：采用交流变频变压调速控制方式与原电机车不同之处在于：采用人机一体化司控器取代原司机控制器、采用三相异步交流变频牵引电机取代原直流牵引电机，并增加了VVVF变频器，除此之外，其余小型电器设备与原电机车通用。

4.2 人机一体化司控器：本司控器主要由操作手轮、控制开关及全封闭式外壳组成，司机可操作司控器板面上的手轮和方向手柄，控制电机车的前进或后退，并可实现电机车无级调速。另用辅助电源箱取代原直变器，再加上高压箱（内装变频装置所需的接触器、电抗器）实现高低压分离，进一步提高了安全可靠性能。

4.3 专用变频器：本系统变频器主要由专用变频器模块及辅助驱动电路构成，其所有电气元器件均安装在箱体内，箱体安装在原电阻箱的位置上，便于用户对系统的检修和维护。

4.4 三相异步交流变频牵引电机：本系统配套提供的三相异步交流变频牵引电机系我公司为30t电机车设计，其外形及安装尺寸与原电机车所采用85kW直流牵引电机的外形及安装尺寸大致相同（按实际情况可改动机座），因此，采用本公司生产的交流变频电机，其走行装置无需改动，即可实现其改造工作。

ZK20-6.7.9/550架线电机车

改装交流变频变压调速装置后作业的效果表变频电机车与直流调阻车电器安装效果比较表变频电机车与直流调阻车电器装配比较表

上述表中可知：改装后的机车提高了原机车的技术性能及各项指标，完全可以满足矿山改装的目的和效果。

四、改造预算

一台ZK20-6.7.9/550架线电机车改装变频变压调速装置费用

五、经济效益分析

本产品的基本技术参数、主要技术性能指标以及可靠性都达到世界同类产品的水平，产品的主要部件采用目前国内外或我公司生产的成熟产品，并且使用和维护费用低。产品的耐用性比调阻车大大提高。采用本产品，每台机车每年可为矿山更多的节约电能及维修费等各项开支。

1 能耗

目前，所有的直流调阻（或斩波）电机车均采用串激式直流电动机作为主牵引电机，其调速方式不外乎采用电阻调速和斩波调速二种方式。

直流电机车采用电阻调速方式时，一般采用电阻降压方法，调整和控制牵引电机的端电压。为了满足电机车启动时低速、大转矩的要求，在电机车启动过程中，通过电阻耗用大量电能，改变牵引电机端电压来达到电机低速、大转矩的目的。电机车启动并达到一定速度后，按照我国一般矿山的实际情况，电机车处在经济运行级（即所有电阻均已切除）运行，但绝大多数情况下，为使电机车处于安全运行状态，电机车经常带电阻运行，为此，即使电机车启动