本文对交流变频调速电机车和直流电阻调速电机车在电机可靠性、调速器维修量、节能性、调速性能、爬坡能力、机车传动维修量及经济效益等方面进行了比较分析,为电机车改造提供依据。

一、电机可靠性比较

    直流电机转子上因为有线圈和易磨损的换向铜头、碳刷等,故障率高、维修费用大。

    三相异步交流电机可靠性高,其转子上没有线圈和换向铜头,而是由铸铝和硅钢片压制成的铁滚子,故可称为永不损坏。

二、调速器维修量比较

    直流调速器由于凸轮控制触头的通与断,断开时产生的电弧,经常烧蚀触头,所以维修量很大。变频调速器没有触头,接点基本无维修。

三、节能性比较

    由于直流调速器电机车带有电阻器运行,因此电能白白消耗在电阻上,同时由于电阻发热导致电阻瓷架和电阻片烧坏。变频调速电机车不用高耗能降压电阻,节电率可达35%,如果一个独立供电系统全部采用变频调速电机车,电机车可设置成惯性馈电功能,那么就可以利用机车下坡道拉重载车时电机发出的电能回馈到直流架线上,供给此时在上坡道运行的空载电机车电能,这样节电率可大于60%。

四、调速性能比较

直流调速器电机车:

    ①有级分档调速,不可能均匀调速,在低速行驶时司机需不停地在1档和零档转换来获得慢速运行;

    ②调速器只能加速,不能减速,减速是靠电制动或手制动来实现;

    ③直流电机的转速是随负载变化的,尤其是在下坡道运行时,机车可以开得飞快,容易出事故;

    ④不允许司机突然加速,否则损坏电机和调速器。

变频调速电机车:

    ①为无级均匀调速,可调至0.1 Hz;

    ②为全速度段控制方式,速度不仅可以调高还可以调低,车速的快慢与停车完全由调速手把控制;

    ③可设定电机车车速限制,一旦车速设定好,即使是在下坡道行驶,机车也不会超过所设定的车速,这就避免了司机由于开飞车造成的事故;

    ④允许司机在零速起动时突然加速到值,因变频调速器的频率上升时间为5 s,即使司机违反操作规程突然加速,机车仍按5s时间到值。

五、爬坡能力比较

    直流电阻调速电机车只能在≤11‰的坡道上运行,由于没有零速制动功能,在上坡停车时机车会向下坡方向溜车,此时想用手制动,是来不及的。变频调速机车可在60‰的大坡道上运行,并可以在上坡时仅用零速制动功能就能将列车制动在60‰的大坡道上,并且还可以再启动把重载拉上来。

六、机车传动维修量比较

直流电阻调速电机车:

    ①由于电阻调速没有缓冲时间,尤其是突然加速时很容易造成齿轮的冲击损坏;

    ②该种车的减速是靠闸瓦片抱车轮实现的,所以闸瓦片使用寿命很短,需经常更换。

变频调速电现车:

    ①由于变频调速器上升速度缓慢,所以避免了齿轮之间冲击,延长了齿轮的使用寿命;

    ②由于变频调速电机车是全速度段控制,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,因此闸瓦片

基本不磨损。

七、经济效益分析

    该直流电阻调速电机车是100年前英国人设计的,它的耗电多,维修量大,维修费用高是业内人士所公认的。变频调速器节电率为35%,按7 t电机车2台22 kW电机每天运行18 h计算,日节电277.2 kW·h,如果电费按0.5元/kW·h计算,日节电费138.6元,1年节电费56 450.4元。如果整个供电系统全部采用频调速电机车,电机车设置向直流架线馈电功能,则1年节电费可达7万余元。

    由于采用交流电机,其转子不损坏,调速器不用更换触头、导电板和凸轮,基本不维修。闸瓦片基本不磨损、不需更换,1年节约的材料费工时费可达1万元(仅修1台直流电机就5 000元)。