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摘 要：本文概述了4m3电铲电气传动系统的概况.介绍了直流发电机机组和数字式晶闸管直流调速电气传动系统的各自特点,并通过数字式直流调速系统在4m3电铲上的成功应用,进行了简单的社会经济效益分析.
关 键 词 ：电铲；直流发电机机组；全数字直流调速；PLC可编程控制器
1. 前言
电铲是露天采矿和水利电力工程的主要挖掘、装载设备.我矿过去所购置的电铲,都是采用直流发电机机组的电气传动方式.近年来,从湖南科通电气设备制造有限公司购置了WS1-4型全数字直流调速电控设备,实施了数字式直流驱动器的直流电气传动系统改造.甩掉了发电机组,由全数字式直流驱动器为直流电动机供电和调速.提高了电铲总体的性能及可靠性.设备现已使用半年多,运行状态良好,现就全数字直流调速技术在四立米电铲的应用做如下探讨.
2. 4m3电铲全数字直流调速电控设备介绍
设备包括高压柜、主变压器柜、辅变压器柜、提升调速柜、推压调速柜、回转/行走调速柜、交直流控制柜、左操作台、右操作台、左主令控制器、右主令控制器、电阻箱、集电环和设备连接管线等.其中,提升、推压、回转/行走驱动器与各自的直流电动机相配合,实现直流可逆（四象限运行）调速的电气传动系统,图1为4m3电铲全数字直流调速系统框图.
本调速系统调速精度高、范围宽、“挖土机特性”好.很好的满足了电铲在各种工况和各种功能动作的要求.该调速系统的特点主要体现在以下几个方面：
（1） 技术先进,具有当代国际先进水平；
（2） 比发电机机组调速系统的噪声低,损耗小.“挖土机特性”优于机组传动.得到较理想的使用效果；
（3） 保护功能齐全,安全可靠、检修方便.
（4） 应用人机界面显示、操作.软件编程、参数设置、电铲运行工作状态、故障等,显示更加人性化；
（5） 调速精度高、响应快、效率高.使其达到较佳控制效果.
3. 效益评估
下面是4m3电铲的全数字直流调速系统与传统的直流发电机组调速系统作比较,其社会经济效益可从以下几个方面得到充分体现：
（1） 该调速系统的技术含量高,响应速度快,静态和动态指标好.从而提高了挖掘装载效率,降低噪音和改善操作人员的工作环境.
该系统的响应速度（几毫秒）要比直流机组（几百毫秒）的快2～3个数量级.所以,能显著提高挖掘装载的速度,增加产量；机组运行时噪音很大,可达100db,有害于操作人员的健康；而本调速系统为静止的,无机械旋转部分,运行时噪音很小.因此,不仅提高了设备运行的可靠性及延长设备元器件的使用寿命,同时也大大改善了操作人员的工作环境.
（2） 节省能源.
使用该调速系统后,将效率从直流发电机组的60%提高到80%.按照4m3电铲机组原动机250kW和台年平均作业率70%来计算,台年节省电能为：
365×24×70%×250×（80%-60%）等于306600（kWh）
按工业用电单价0.7元/kWh计算,台年的节电费就是：
306600×0.7等于214620.00元等于21.462万元
由于直流发电机组在等车时也不可以停机,一直在运转,消耗大量电能.而直流调速系统就不同,在等车的过程中直流驱动器是不工作的,不消耗电能.据相关的统计测算,每挖装1吨矿石,使用直流发电机组的耗电量为0.34kWh,使用直流调速的耗电量是0.276kWh.
（3） 提高电铲的作业率,增加产量.
全数字直流调速器为静止装置,不存在旋转机械磨损,故障率比机组少得多.同时,它的零部件体积远比机组的小,检修、更换都很方便快捷,大大缩短了检修和处理故障的时间,也不需要大型吊装设备.因此,使电铲的作业率得到明显的提高.我矿实行三班制作业,使用直流发电机组的4m3电铲,平均实动率约为40%～45%.使用直流驱动器调速的4m3电铲,作业率可达60%以上.按此估算,单台铲运行效率可提高约15%,年产量增产约10万立方米.
（4） 减少维修和库存备件费用.
A. 机组需要经常检修保养,拆卸吊装工作量大且影响生产而该系统不需要反馈线路,简化了原理线路方案,柜内结构精简,电气故障少,其零部件、电气元器件模块的体积小、重量轻、更换快而方便,维修费用低.
B. 就库存备件而言,使用机组时,必须备有高压异步电动机和各种直流发电机.占库地面积大、费用高.而使用本直流驱动器的就库存一些功率模块、控制板、辅助元器件等即可.占库地面积小、费用低.
综上所述,4m3电铲全数字直流调速系统的科技含量高,运行安全可靠,性能稳定,有一定的社会经济效益.值得推广取电机组系统.