精密無級調(diào)速礦用機車用變頻器的研究

杜　迪（肥城礦業(yè)集團(tuán)梁寶寺能源有限責(zé)任公司,山東　濟(jì)寧　272404）

精密無級調(diào)速礦用機車用變頻器的研究

杜迪
（肥城礦業(yè)集團(tuán)梁寶寺能源有限責(zé)任公司,山東濟(jì)寧272404）

摘要：研制了適用于礦用架線式電機車、礦用一般型速充式電機車以及速充式有機超級電容器電機車的精密無級調(diào)速礦用機車用變頻器，實現(xiàn)了，實現(xiàn)了電機車安全高效運行。

關(guān)鍵詞：精密；無級調(diào)速；機車用變頻器

1　概述

變頻調(diào)速電機車既可以使用價格相對便宜、故障率低的交流電機，而且交流電機使用范圍廣泛，工人更為熟悉且容易接受。另外，變頻器在控制運行方面有著強大的功能，可以進(jìn)行不同方式的控制以及滿足多種運行條件。所以交流變頻技術(shù)運用在電機車上會給煤礦運輸帶來極大的便利和經(jīng)濟(jì)效益。

2　變頻調(diào)速器的技術(shù)指標(biāo)

直流輸入電壓330-670V；額定輸出功率44KW；輸出電壓三相380V；頻率控制范圍0-50Hz；標(biāo)準(zhǔn)功能：電流限幅、轉(zhuǎn)矩提升、轉(zhuǎn)速追蹤和掉電再起動、跳躍頻率、頻率上下限控制、載波頻率調(diào)整、加減速時間可調(diào)、加減速模式可變、直流制動、多段速度、程序運行、擺頻運行、PID調(diào)節(jié)控制；保護(hù)功能：短路、過載、輸出缺相、過流、過熱、過壓、欠壓、參數(shù)設(shè)置錯誤和外部故障。

3　工作原理

變頻調(diào)速器由三部分組成：

（1）直流輸入及濾波電路；

（2）IGBT三相全橋逆變電路；

（3）電源驅(qū)動及控制電路。

其工作原理為：電機車由電容器提供380-600V直流電源，直流電通過濾波電路輸入IGBT三相全橋逆變電路實現(xiàn)“直—交”變換，成為電壓和頻率均可調(diào)的三相交流電，供電機車兩臺交流變頻調(diào)速電動機工作，其中控制電路方式采用電壓空間矢量控制正弦波SVPWM提供調(diào)制信號。它將電容器提供的直流電壓變成不同的交流電，使電動機獲得無級調(diào)速所需的電壓、電流和頻率，從而實現(xiàn)對電機速度的控制與調(diào)節(jié)。

4　圖紙設(shè)計

根據(jù)變頻器工作原理和參數(shù)，內(nèi)部元器件型號如下：

R:鋁殼電阻，20Ω/150W；KM:接觸器，SC-N1

L:直流電抗器；

電解電容器組：水泥電阻R1-R4（50kΩ/10W）；電解電容C1-C4 （3900MF/400V）；

IGBT單元：德國優(yōu)派克FF200R12KE3

HALL：電流傳感器，CSCA0300A00B15B01

主回路接線圖如圖1所示。

變頻器的控制部分由電源驅(qū)動板、控制板以及DC-DC板組成。其中電源驅(qū)動板的作用是接受控制板給定的信號然后驅(qū)動IGBT導(dǎo)通，同時檢測溫度、電流、電壓等信號并進(jìn)行保護(hù)。控制板主要是接受圖形終端鍵盤或者外部給定的信號，處理后通過數(shù)據(jù)線將指令傳給電源驅(qū)動板。DC-DC板主要是將輸入的直流高電壓變換成24V，分別供給風(fēng)扇、接觸器和驅(qū)動電源板用。

5　特點

該變頻器適用于礦用架線式電機車、礦用一般型速充式電機車以及速充式有機超級電容器電機車，作為控制機車啟停、加速、減速等運行狀態(tài)的調(diào)速設(shè)備，變頻器具有以下特點：

（1）調(diào)速范圍為精密無級調(diào)速，最低頻率可調(diào)至0.1Hz，最低車輪轉(zhuǎn)速可調(diào)至1r/min。

（2）可設(shè)定車速的限制，而這種設(shè)定的車速即使在下坡行駛時也不會超過設(shè)定的轉(zhuǎn)速。

（3）該變頻器的零位即是制動位置，當(dāng)機車由高速降至低速運行時，盡管機車有高速的慣性，但機車的電機和車輪仍按調(diào)定的速度運行。實際上，此時電機起到了制動減速作用。

（4）變頻器設(shè)有溫度自動檢測功能，當(dāng)因司機操作不當(dāng)致使電機溫升過高≥85℃，調(diào)速器自動封鎖輸出。

（5）變頻器具有電動機短路、缺相、過電壓、欠電壓保護(hù)功能。

（6）本變頻器具有低速超強的轉(zhuǎn)矩性能。

6　結(jié)語

采用變頻調(diào)速突出的特點是節(jié)電，節(jié)電率在35%以上。同時變頻器的運用，使機車的運行更加安全、方便：首先，杜絕了普通電機車以及斬波調(diào)速電機車存在的安全隱患，為煤礦運輸提供了安全保障；其次，直接轉(zhuǎn)矩控制方式的使用，給運輸帶來了極大的便利；再次，可靠、簡單、舒適的操作方式保障了工人的安全，減輕了工人的勞動強度，給廣大職工帶來了便利。

作者簡介：杜迪（1987—），男，畢業(yè)于山東科技大學(xué)機械設(shè)計制作及其自動化專業(yè)，主要從事：專業(yè)技術(shù)工作。