地面蓄电机车调速技术改造汇总

1、附件 1编号： 1404020114040201霍州煤电集团有限责任公司技术进步奖申报书专 业 类 别：机电项 目 名 称：地面蓄电机车调速技术改造项目起止时间：2014年10月至 2014年11月负 责 单 位：团柏煤矿机电科主要协作单位：团柏煤矿运输队申请奖励等级：批准奖励等级：申 请 单 位：申请单位负责人：（盖章）（盖章）报出日期： 2015 年 1 月 19 日技术中心制1、立项背景矿用电机车主要用于井下运输大巷和地面的长距离对运输，运输对象为煤炭、矸石、 材料、设备、人员，蓄电池式电机车主要用于高浓度的矿井中。 自从上世纪 30 年代我国 从欧美国家引入了有轨运输方式，煤矿电机车就

2、逐渐成为井下运输和长距离运输的主要形 式。团柏矿地面副井口至运料场所运行的蓄电机车调速方式为技术比较落后的串电阻调 速，受地面诸如道岔多、行人多、车辆多等因素影响，电阻调速机车不能完全甩掉电阻进 行全电压运行， 这种方法的最大缺点是： 调速过程中串人的电阻要将电能变成热能损失掉， 很不经济；调速采用了分段切除电阻方式，这样分段增加了电机两端的电压，于是机车的 速度呈台阶式变化，调速不平滑、起步不稳，易造成连接环的断裂，长时间带电阻运行增 加了机车的故障率，影响工作效率和安全性。直流斩波调速在欧洲于 60 年代末试制成产品，日本 90 年代初也开发出以大功率晶体 管 GTR为功率开关的斩波调速器

3、。 随着半导体工业的发展和直流调速理论的更新， 将直流 斩波调速推向了实用阶段。我国于 90 年代开始引进国外技术，采用 IGBT 功率模块作斩波 开关，使用 PWM控制方法，试制成功了电机车直流斩波调速器。直流斩波调速与串电阻调 速的同类电机车相比，节能达 20以上，不仅调速平滑，而且电机车的爬坡能力也大大提 高。根据以上情况，决定对我矿井上运料所用的两台蓄电机车的调速方式由原来的串电阻 调速改造为斩波调速。二、详细技术内容1、总体思路我了相应国家节能减排的仿真政策， 改善团柏煤矿地面蓄电机车调速方式落后的状况， 特将 IGBT斩波调速技术应用我矿的蓄电机车，该技术的应用可大大提高电机车的安

4、全性、 运行可靠性、延长电机车使用寿命，节省能源减少，同时减轻维修工人的劳动强度和工作 量。2、斩波调速器组成及工作原理 蓄电池机车用调速器由外壳、司机控制器、斩波主机组成，斩波主机包括控制驱动盒、 光电给定器、 IGBT 模块（采用进口元器件）、 DC/DC辅助开关电源模块、滤波电容共五部 分组成。IGBT是由场效应晶体管与大功率晶体管相结合的全控功率开关元件，其开关频率高， 驱动功率小，当栅极施加 +15V时，器件即导通，施加 0或-15V 时，器件即关断。控制驱动盒为斩波调速器的核心部分，由波形发生器、脉宽调制器、给定跟随器、过 流放大器、脉冲渐宽电路组成，实现欠压保护、过压保护及IGB

5、T的驱动等功能。光电给定器通过调速手柄主轴凸轮联动，当调速手柄进入牵引位时，接通控制驱动盒 24V 工作电源，通过调节光电给定器操纵件角度变化，输出0 4V给定电压，实现机车无级调速功能。辅助开关电源模块将输入电压转换成 24V 直流电，为控制驱动盒等提供 24V稳定工作 电源。3、实施步骤 将原电阻控制器拆下，将新式调速箱固定在原控制器位置。 接好调速箱外部连接线。接线按照防爆要求，相邻导线间的爬电距离应尽量大，所 有接线端子做好标记。测量电机绝缘强度。直流电机定子、转子与外壳绝缘需达到1 兆欧。改装调速箱。前后驾驶室调速箱改造方法相同。 机车试运行，改装后的机车建立专门的运行记录。4、实施

6、效果机电科联合运输队于 2014年 10月10日起拟定改造方案，决定利用 13年技能比武购 回的两台斩波调速器装配到 1#、2#串电阻调速蓄电机车上进行技术改造，于 2014 年 10 月 25 日装车完毕，且试运行良好，并计划在 2015 年初将地面其余四台电阻调速蓄电机车全 部进行改装。三、主要创新点1、采用 IGBT 斩波调速方案的机车具有无级调速、启动平稳、启动力矩大的特点，有 效保护机车机械系统。2、原传统的电阻调速是通过改变启动电阻的阻值来调节电机电压， 调速过程中启动电 阻会大量发热损耗大量电能；而 IGBT 斩波调速是通过改变 IGBT导通和关断时间的比值调 节电机平均电压，调

7、速过程中能量损耗极小。所以在同等工况下斩波调速机车比电阻调速 机车节能 30%以上。3、无弧通断。正常操作下，所有触头皆为无弧通断，大大延长了接触组触头的寿命。4、温度保护。当 IGBT 功率原件温度达到保护值时，保护单元动作，防止电子元器件 烧坏。5、电流保护。当电机车过载运行或机械故障导致电流超过保护值时，电流保护动作， 机车速度降低，防止电路损坏。6、给定可靠。采用光电电压给定器，线性好，寿命长。四、应用情况及措施机电科联合运输队于 2014年 10月10日起拟定改造方案，决定利用 13年技能比武购 回的两台斩波调速器装配到 1#、2#串电阻调速蓄电机车上进行技术改造，于 2014 年

8、10 月 25 日装车完毕，且试运行良好，并计划在 2015 年初将地面其余四台电阻调速蓄电机车全 部进行改装。IGBT斩波调速控制器虽然优点很多，但目前改造时还遇到一些小问题：1、主副控制器电气闭锁装置设计不合理， 它采用调速手柄控制闭锁触头， 调速手柄不 在 0 位后，触头闭合，这时操作主、副控制器可能发生故障。采取措施： 将闭锁触头改到换向手柄的换向鼓上， 只要换向主副控制器就有一面断电， 不能同时操作。2、我们的改装车头不能将控制器固定螺栓全部上齐， 必须放在底板上， 控制器外壳与 门盖在一个面上，使开门刮底。采取措施：在控制器下面加两道筋，使门与车底留有间隙以方便开门检修。通过两个月

9、的使用，员工对斩波调速机车逐步熟悉，使用中发现的一些问题也得到了 及时的处理，斩波调速蓄电池机车的优点正在逐步体现。这次改造取得了预期的效果，减 少了运输事故的发生，降低了设备成本，提高了经济效益。我相信，随着科技的发展，更 多的新技术、新材料将投入的矿山生产中，员工也将得到更大安全保障。五、社会、经济效益 单位：万元人民币项目总投资额18回收期（年）0.3 年年份栏目新增利润新增税收创收外汇（美元）节支总额2014年（11-12）月份1.92015 年预计68.52累计各栏目的计算依据：（1） 改造前后的月平均配件消耗对比。 2014年 11月一 2014年 12月改造机车与无改造 机车月平

10、均配件消耗对比见表 l 。通过实验数据可以得出： 改造后，1 台机车年平均节 约资金约为 596 万元。单组电池充 1次电，一般蓄电池机车仅运行 11趟次，斩波调速 机车可运行 l5 趟次，可减少用电量 36 ，原每台电机车月耗电量平均为 0.6 万度，现每 天电机车月耗电为 0.38 万度，每台每月节省 0.22 万度，电费按 075 元 kWh计算，每 台机车年节约电费 2 万元。（2） 改造前后蓄电池使用情况对比 （ 表 2） 。根据运行记录得知，使用斩波调速的机车， 蓄电池的使用寿命比其他机车延长 3 个月（ 一般机车的蓄电池使用寿命平均为 13个月， 组电池售价为 15万元） ，则改

11、装 1 台机车在蓄电池方面可以节约 346 万元。串电阻调速斩波调速名称数量单价金额数量单价金额控制器连接线2200400保险管81188触头2081608864连片151015051015灭弧罩1020200主极线圈22004001200200转换开关520100闸瓦22004002200400大伞齿轮112001200电解液1.2t430051600.6t43002580合计825832943）经综合计算，改造后， 1台机车年节能 11.42 万元，6台机车年节能 68.52 万元社会效益：事故维修率低，维修量减少。从 2014年10月25日改装运行以来， 1#、2# 机车共 计发生故障分

12、别为 2、3 次，平均每台发生事故 1.5 次月 （同期其他电机车，平均每台发 生故障 38 次月 ） ，与其他机车相比事故次数降低 60 。 设备安全得到提高，司控器实现无电流通断，杜绝了司控器在操作中打火现象，保 证了操作人员的安全。 司控室有效空间增大，司机操作方便。 制动性能得到提高，实现了软启动、加速平稳。六 、 主要受奖人员情况表姓名性别年龄职务、职称工作单位参加本 项目时间对本项目在技术 上的贡献情况本人签名刘艳红男矿长团柏矿2014项目总负责人杨荣耀男总工程师团柏矿2014年总体规划、设计陈丰斌男33机电科长 工程师机电科2014.10项目确立司鹏程男29机电科副科长 助理工程

13、师机电科2014.10改造施工负责人廉杰男机电科技术员 助理工程师机电科2014.10参数计算、绘图崔仁杰男机电科技术员 技术员机电科2014.10节能计算秦亮男机电科技术员 技术员机电科2014.10资料整理于朝男机电科技术员 技术员机电科2014.10资料整理说明填报受奖人员时，要根据对本项目的贡献大小按顺序依次填写附件目录 （证明材料）推荐单位主管领导意见（盖章）年月日评审意见评审组长：年月日技术委员会意见年月日8霍州煤电集团有限责任公司技术进步奖申报书填写说明1 1、专业类别： 指开采、机电、通风安全、选煤、矿 （土）建、地质、 信息化、医疗卫生、综合等。2 2、项目起止时间： 起始时

14、间指立项、任务下达、合同签署等形式开 始研制日期；完成时间指项目整体通过验收、鉴定或正式投产日期。3 3、立项背景： 应简明扼要地概述立项时国内外相关科学技术状况、 主要技术经济指标、尚待解决的问题及立项目的。4 4、详细技术内容： 是评价该项目是否符合授奖条件的主要依据，因 此，凡涉及该项目技术实质内容的说明、 论证及实验结果等， 均应直接叙 述，不得采取见 * 附件的表达形式，必要的图示须就近插入相应的正文中。 应对推荐项目的总体思路、技术方案、实施效果等进行全面阐述。（ 1）总体思路。应简要阐述针对立项目的，利用什么新思想、新技 术、新方法，来解决什么样的技术问题，创造出什么样的新成果。

15、（2）技术方案。应详细阐述具体技术方案和实施步骤，应用了哪些 理论、技术和方法，在技术开发、 推广及产业化过程中， 攻克了哪些关键 技术，在技术上有哪些创新，取得了哪些创新成果。（3）实施效果。应简要阐述该项技术的转化程度，应用范围及推广 情况。5 5、主要技术创新点： 是推荐项目和推荐书的核心部分，也是审查项 目、处理异议的关键依据。 技术创新点包括在技术思路、 关键技术、 系统 集成及方法、 措施、观点等方面的创新， 是项目详细技术内容在创新性方 面的归纳与提炼，应简明、扼要地阐述。6 6、应用情况及措施： 应就推荐项目的生产、应用、推广情况及预期 应用前景等进行阐述。详细说明项目的实施时

16、间、实施地点、实施效果、 遇到问题及所采取的措施。7 7、经济效益 指项目申报单位生产或应用该项目后取得的直接新 增效益，以申报单位财务部门核准的数额为基本依据， 栏中填写的数字应 与附件中提供的经济效益证明数据相符。只填写已取得的新增直接效益。各栏目的计算依据 应就生产或应用该项目后产生的直接累计净 增效益以及提高产品质量、 提高劳动生产率等方面做出简要说明， 并具体 列出本表所填各项效益额的计算方法和计算依据。8 8、社会效益社会效益 指推荐项目在推动科学技术进步，保护自然资源或生 态环境，保障国家和社会安全， 改善人民物质文化生活与健康水平及推动 我省转型跨越等方面所起的作用。10附件

17、2主要完成单位团柏矿机电科主要参加人员陈丰斌 司鹏程 廉杰 于朝 秦亮 崔仁杰项目简介地面蓄电机车调速技术改造2014 年简介、立项背景；团柏矿地面副井口至运料场所运行的蓄电机车调速方式为技术比较落后的串电阻调速，这种方法的最大缺点是：能耗较大、调速不平滑、起步不稳，易造成连接环 的断裂，长时间带电阻运行增加了机车的故障率，影响工作效率和安全性。我国于 90 年代开始引进国外技术，采用 IGBT 功率模块作斩波开关，使用 PWM 控制方法， 试制成功了电机车直流斩波调速器。 直流斩波调速与串电阻调速的同类电 机车相比，节能达 20以上，不仅调速平滑，而且电机车的爬坡能力也大大提高。根据以上情况

18、，决定对我矿井上运料所用的两台蓄电机车的调速方式由原来的串电阻调速改造为斩波调速。二、项目研究的主要内容； 蓄电机车调速方式改造主要是对原有的串电阻调速控制器进行拆除，再将新式 IGBT 斩波调速箱与蓄电机车进行匹配，并按照防爆要求进行连线。改装完成后对电 机车进行试运行，根据实际运行情况进行调试，并将实际情况进行记录。三、解决的关键问题及创新点；采用 IGBT 斩波调速方案的机车具有无级调速、启动平稳、启动力矩大的特点， 有效保护机车机械系统。原传统的电阻调速过程中启动电阻会大量发热损耗大量电能；而 IGBT 斩波调11 速在同等工况下斩波调速机车比电阻调速机车节能 30%以上；正常操作下，

19、 所有触头 皆为无弧通断， 大大延长了接触组触头的寿命； 当 IGBT 功率原件温度达到保护值时， 保护单元动作， 防止电子元器件烧坏； 当电机车过载运行或机械故障导致电流超过保 护值时，电流保护动作，机车速度降低，防止电路损坏。四、社会经济效益；经济效益：经综合计算，改造后， 1台机车年节能 11.42万元， 6 台机车年节能 68.52 万元。社会效益：1、事故维修率低，改装后的机车与其他机车相比事故次数降低 60 2、设备安全得到提高，司控器实现无电流通断，杜绝了司控器在操作中打火现象， 保证了操作人员的安全。 3、司控室有效空间增大，司机操作方便。 4、制动性能得到 提高，实现了软启动、加速平稳。五、应用效果及推广前景。团柏矿地面用 1#、2#串电阻调速蓄电机车上于 2014年10月 25日装车完毕后运 行良好，在 11 月、12 月两个月内为团柏矿节约资金 1.9 万元。计划在 2015 年初将地 面其余四台电阻调速蓄电机车全部进行改装， 改装后的六台蓄电机车预计每年将节约 资金 68.52 万元。12附件 4证明材料项目名称 ：地面蓄电机车调速方式改造应用单位 ：团柏煤矿运输队通讯地址 ：团柏煤矿机电科联系人及联系电话： 陈丰斌用单位起止时