电机车变频改造方案

1、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

2、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

3、参数表序号名称单位技术参数备注1输衣电压V550C-40440 ) ue2颤定输出电流A1002AC三相3最大输出电流A200 X 2AC三相4工作频率范围游cTo5输出电压V400650AC三相6容星kVA80个控制器控制二台电机（ICIM ）7输出频率分辨率Hz0.018外形尺寸、长芝宽吊高mm根据实际恰况而定9控制电压V+24允许波动+18+36三相异步交流变频牵引电机基本参数表单位2345678额五额定转速r/min鞭定A是高转速r/min最大电流A额定电压V工作频率范围亏技术卷数YJQF110-4110备注1400300380DS0AC三相AC三相砖相三、技术改造方案1、概述本改造方

4、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

5、横轴，建立反电势坐标系，对a、p坐标的电流ia、甲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ia、ip，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:M障筑查Hff辛引册瑚面 A It 虢 鞋加0融定交流变频变压电机车控制框图:微机控制直流骤频器三捐斐巍斐压三相异步交流电源A交袖A变频牵引电机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+

6、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。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+40C最低温度为-25C；2.2.3最湿月的月平

7、均最大相对湿度为不超过95% （同月的月平均温度不大于+25C）；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）：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、

8、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架线电机车变频电机车与直流调阻车电器安装效果比较表序号名称安装暗况安装结果1

9、一体化司控器与原司机控制器不一样，可变 频变压操作规范灵活、方便、符合电机车操作规程。2变频器安装在原电阻箱的位置将直流变空流，且频率可变，电压可调增加电制动 器，调速平稳、均匀。壹流电机安装位置与原直蒲电机一样， 外形尺寸相同由于改变了电机，频率可调和电压可调，从根本上 更加保证了电机正常运转。4冷却风扇在变频器箱里_运转正常，起到有效地散热作用t5辅助电源萱驶室内j能正常提供稳定的+24V电压，为机车提供更多的安 全接践端子。6照明灯前后安装一盏增加照明亮度7顽.安装在司机驾驶室外面声音宏亮序号名称改装效果改装后的忧点1ZK20-6/550VWF直流一交转提高效率SCI熨，节电S1呢电动机

10、TQF11D-4三相异步交流变改变了电机、频率可调和电压可 频牵引电动机幅、坚固耐用、免维护3一体化司控器元触点，可变频变压调速操作规范灵活，方便，更符合电机 车操作规程4变频器将直施变立流,且变频委 压、调速，增加了电制动和再生制动速度均匀，可以停到相当接近正弦 波的输出电压5辅助电源装置提供稳定的+2呼保证机车安全运行而增加大灯照明 及电喇叭6用电量只用同等调阻车的用电垦与同等调阳车比较节约用35% 的 sdhes熨pso%T材料消祥星无过流、过压、烧损各类根本改变由直流串励电动机带来的赣伴阵毁零部件问题用工星无需人工频繁更换各类零采用WVT调速装置，减少维护甚至部件蚀雄护9效率比同等调阻

11、车提高效率蚕桂篱嘴器二提碧萝戏嚏 匚叩动力性眼 牟引性目器 作业可靠性50袖改装交流变频变压调速装置后作业的效果表备注变频电机车与直流调阻车电器装配比较表名称备注名称备注变阻调速电机车ZK20-6. 7. 9/550直一直变频调速电机车ZK3A6.7. 9/550改装WVF j 直一交2-直流牵引电机ZQ-85巳相异步戏FllDT三相异步交流变频电机3 司控 QKT8-3一体化司控器可变频变压、无触点4受电器受电器5启动电阻%6电阻器矣7宪电能吸收器8自动开关自动开关9直妻器10无箫助电源 JDX-1驾驶室内pi喇队电压+2轩1J普通大灯两大灯（前后照明）电压+里V上述表中可知：改装后的机车提

12、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、改造预算台ZK20-6.7.9/550架线电机车改装变频变压调速装置费用序号改造内容规格型号单位数星单价（万元）总价（万元）1变频器箱QJ/SM-550/200-6. -.台12三相异步交转变频牵引 电机YQF-75-42一体化司控器QFK68-1台4自动开美台1电能吸收器台13亍一辅助电源装置套1运输、安装配件费8不可预见费9 税收1T突10合计五、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

13、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

14、阻运行，为此，即使电机车启动 后，仍有一部分电能将通过电阻而消耗。直流电机车采用斩波调速方式，其实质上是将稳定的额定直流电变成按一定规律变化的方 波，然后通过电子元器件如：可控硅、IGBT等不停的通断，最终实现调速装置输出变化的 电压加在直流电机两端实现机车调速。尽管在此过程中，没有外加电阻参加其调压和降压过 程，即没有外加电阻的电能消耗，但斩波调压的全过程中，参与调压的所有元器件或多或少 均会产生一定热耗损和功率损耗，为此，尽管其节能性能比电阻调速优越，但仍将损耗一定 的电能。根据大量的实际运行考察，斩波调速的节能性与电阻调速相比，节能约20%以上。交流变频电机车采用交流变频调速方式调速，用

15、三相异步交流变频牵引电机作为主牵引电 机。调速装置将稳定的直流电变成一定频率的交流电的同时，可根据电机车的实际需要，变 化牵引电机的电压频率值，实现电机车的调速控制，系统简单。与电阻调速电机车相比，此 过程无外加电阻参加，故无外加电阻损耗，与斩波调速直流电机车相比，因其控制过程简单， 元器件的损耗远远低于直流电机车斩波调速，故其节能性能优于前二者。其节能性与电阻调 速相比，将节能30%50%以上，与斩波调速车相比节能20%30%以上。2控制方式直流电机车采用电阻调速时，利用凸轮控制接触器闭合的变化改变外加电阻器的电阻值从 而实现调压目的。调速的全过程（包括前进或后退）均依靠接触器，因此，接触器

16、的触头经 常处在带电分合的机械磨损状态，从我国矿山实际情况来看，平均三个月更换一次接触器属 于正常现象，按一台司机控制器有11个接触器，计算，一年内一台电机车用在接触器上的 材料费用将达上万元，如果考虑到每次更换接触器所占用的时间及人员，那么人工工资以及 耽误运输的损失，粗略估计，每台电阻调速直流电机车将多消耗几万元的修理维护费用。交流变频调速电机车由于采用交流变频调速方式后，基本上实现了全过程的无触点控制， 机械磨损几乎为零。据以上分析，以一个矿山拥有10台电机车考虑，采用交流变频调速电机车取代直流电阻调 速电机车，仅控制方式改变，不采用凸轮控制器一项就可为矿山节约几万甚至近10万元的 费用

17、。3主牵引电机直流电机车无论采用电阻调速还是斩波调速，其主牵引电机仍为直流电动机，由于该电动 机必须配备换向器，而换向器既有机械磨损又有电损耗，属于易损件，因此，大多数用户均 对换向器的更换相当反感，但又无可奈何。据有关资料统计，一般矿山，每年消耗在每台直 流电动机的材料费、维护、维修费高达万元以上，若考虑由于直流电动机更换换向器、碳刷， 维修电枢造成的停工、误工费，每台机车两台电机，保守估计亦在五万元以上。交流变频电机车由于采用三相异步交流变频电动机作为主牵引电机，无需换相器，碳刷， 维修电枢，仍以具有10台机车的矿山为例，仅此一项，又可为矿山节约费用50万元以上。4控制方式直流电机车一般采

18、用电阻控制和机械制动及气制动方式作为电机车的减速制动，此时，电 机车的电动机作为发电机将机械能变成电能，但该能量由于电阻调压车，无法将此能量反馈 至蓄电池或电网来实现再生制动，只能在机车配置的制动电阻上白白消耗。交流变频变压调速电机车由于采用交流变频变压调速系统，全过程为交流控制。当电机车 需要采用电气制动时，非常容易将主牵引电机的电能反馈至蓄电池或电网，实现再生制动， 因此大大的节约了能源。5总结用于窄轨电机车的交流变频变压调速装置从根本上一改过去由直流串励电动车作窄轨电机 车的牵引动力的状况，本产品有着以下几个优点：效率高，能是窄轨电机车运载能力提高效率20%；节约能源，能使窄轨电机车不通过电阻耗能，从而能够节约能源35%50%；减少耗材支出，窄轨电机车用交流变频变压调速装置可变可调，没有过去调阻车的 过流过压而导致的烧损各类零部件，从根本上减少了耗材支出和人工维护。综上所述，该装置解决了电阻调速机车的各种弊端从而达到高效、节能、减少企业的支 出，为用户单位赢得了好的经济效益和社会效益。六、改造预计进度改造施工出图：