浅谈蓄电池机车变频改造推广应用

鉴于我矿的蓄电池机车技术落后，使用故障率高并存在安全隐患的现实状况，我矿对一台蓄电池机车进行了变频改造，经过使用，具体情况如下：

一、需改造的内容

1、当5T 单室机车改造时，需需BPK-30/150L 变频调速器1台，三相交流变频牵引电机1 台（每台电机的功率为：11KW）2、当8T 双室机车改造时，需BPK-30/150L 变频调速器2台，三相交流变频牵引电机2 台（每台电机的功率为：15KW）3、当12T 双室机车改造时，需BPK-50/255L 变频调速器2台，三相交流变频牵引电机2 台（每台电机的功率为：22KW）4、提供机车改造的主要电缆。

5、照明灯改为24V 的LED 灯，电喇叭改为24V 由变频调速器直接供电。

二、改造后的控制方式

变频调速电机车，采用直交逆变器加2 台交流电机的控制结构，直交逆变器主要将直流电压变为频率和电压都可调节的交流电压，内部控制电路使其同时控制两台交流电机运行。是专门针对交流传动而设计。该调速器结合了直交型变频器和司机指令器，完成从司机操作到电机车车速控制全过程。调速器采用大功率IGBT 作逆变器部分的开关器件，采用美国TI 公司的DSP 控制芯片，实现了改进的矢量控制算法，从而达到分别控制交流感应电动机的磁链和转矩电流的目的，这样就可以将三相感应电动机等效为直流电动机来控制，因而可获得与直流调速系统同样好的静态及动态性能。并且最终采用空间电压矢量脉宽调制技术（SVPWM）来实现。

本控制方案包括正反转功能和再生制动功能。当转差率s 在0<s<1 范围内时，三相感应电机都是运行在电动机状态。当转差率s=0 时，电机工作于发电状态；当车辆减速或刹车时，电机即工作在再生制动（回能制动）状态，在本系统中直流侧并联了电容，可起到储能和为电机励磁所需容性电流提供通路的作用，直接给电池充电，结构较为简单。

三、改造后的功能与特点

1、采用变频器控制电机，实现了电机的软启动，延长了设备的使用寿命，避免了对电池的冲击。

2、电机将在低于额定转速的状态下运行，减少了噪音对环境的影响。

3、具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能。

4、运转状态灵活多样，可手动控制也可完全实现自动控制，且可与其他自控装置进行电气连锁，实现电机车自动保护。

5、具有电制动功能，增加安全性能。

四、改造的意义

电机车采用变频调速是目前一种最科学的控制方法，与电阻调速相比，节能效率也接近35%。由于变频器可实现大的电动机的软停、软起，避免了启动时的电压冲击，减少电动机故障率，延长使用寿命，同时也降低了对电池的容量要求和无功损耗。因此，变频调速节能技术，不仅是当前企业节能降耗的重要技术手段，而且也是实现经济增长方式转变的必然要求，具体比较表如下：

序号项目斩波调速电机车交流变频电机车

1 电动机可靠性

直流电动机转子上因为有线圈和易磨损的换向器、

碳刷等，故障率较高、维修费用大。国铁规定，直

流电机检修为：5 万公里/ 次

采用三相异步电动机，转子上没有线圈，采用转子铸铝工艺，整体性好，可靠性高交流电机检修为：35-80 万公里/ 次，检修一次的工作量交流电机仅仅为直流的10% 左右。

2 调速器维修量直流调速器换向由于是凸轮控制触头的通与断，断开时产生电弧，经常烧蚀触头，所以维修量大。变频调速器没有触点，基本无维修3 节能性

由于直流调速器不具备再生电制动功能，直流斩波

的电制动只能把机车下坡拉重载车时电动机发出的

电能消耗在制动电阻上，不能回馈给蓄电池。另外

制动电阻会发热，使控制器内环境温度升高，会

缩短控制器内所有电气设备的使用寿命，增加故障

率。

变频调速器电机车由于不需要高耗能制动电阻，，电机车再设置成惯性馈电功能，那么就可以利用机车下坡拉重载车时电动机发出的电能回馈到蓄电池上，这样节电率＞ 15%。

4 安全性能

（1）. 直流电机的牛马特性所决定了直流电机速度变化率大于50%，调速器只能加速，不能减速。

减速是靠电制动或手制动实现。所以转速随负载变

化，尤其在下坡道运行时，机车开的很快，容易出

事故。（2）. 直流电机特性软，粘着利用率低容易飞车，引发事故。（3）直流电机的电制动天生的安全可靠性低。

（1）. 交流电机的速度变化率小于1%，频率最低可调至1Hz；（2）. 为全速度段控制方式，速度不仅可调高还可调低，车速的快慢与停车完全由调速手把控制；（3）可设定电机车最高车速限制，一旦车速设定好，即使在下坡道行驶，机车也不会超过设定的车速。（4）电机特性硬，粘着利用率高，不会飞车。（5）交流电机的电制动可以达到100% 的牵引力，电制动天生安全可靠。

5 机车维修量

（1）由于斩波调速车的减速是靠电制动或机械制动配合闸瓦片抱车轮实现的，所以闸瓦片使用寿命很

短，一般二个月就需更换。

由于变频调速器电机车是全速段控制，加速和减速全由调速手柄控制，所以在减速时根本不需要闸瓦片抱车轮，故此闸片磨损较轻。

五、经济效益变频器节电效率

使用变频调速器后，节电效率约为15%，按每台5t 电机车2台15kw 电机每天运行18 小时计算，日节电80kwh，现电费0.76元/ 度，照此计算日节电费60 元，1 年可节电费21600 元；节省电池费用：按每组120V 电池：42000 元计算，使用寿命18 个月：

每年可节省电池费用：4000 元台车/ 年。另外变频车的维修费用约为斩波车的50%. 每台车每年可省维修费用3000 元左右，维修工时60% 左右，平均一台车节约人工费约5000 元，这样既提高了机车的使用时间，同时也可有效减少备用车辆的数量，改造后其控制方式及技术基础决定了电机的使用寿命也大大的提高了，据初步估计一台车改造后约2 年就可收回直接成本，特别是大大的消除了安全隐犯，其创造的经济效益及社会效益不可低估。

因此，特别推荐公司快速大量推广使用。