精密無級調速礦用機車用變頻器的研究

杜　迪（肥城礦業集團梁寶寺能源有限責任公司,山東　濟寧　272404）

精密無級調速礦用機車用變頻器的研究

杜迪
（肥城礦業集團梁寶寺能源有限責任公司,山東濟寧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速礦用機車用變頻器，實現了，實現了電機車安全高效運行。

關鍵詞：精密；無級調速；機車用變頻器

1　概述

變頻調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。所以交流變頻技術運用在電機車上會給煤礦運輸帶來極大的便利和經濟效益。

2　變頻調速器的技術指標

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；標準功能：電流限幅、轉矩提升、轉速追蹤和掉電再起動、跳躍頻率、頻率上下限控制、載波頻率調整、加減速時間可調、加減速模式可變、直流制動、多段速度、程序運行、擺頻運行、PID調節控制；保護功能：短路、過載、輸出缺相、過流、過熱、過壓、欠壓、參數設置錯誤和外部故障。

3　工作原理

變頻調速器由三部分組成：

（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“直—交”變換，成為電壓和頻率均可調的三相交流電，供電機車兩臺交流變頻調速電動機工作，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速所需的電壓、電流和頻率，從而實現對電機速度的控制與調節。

4　圖紙設計

根據變頻器工作原理和參數，內部元器件型號如下：

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動板、控制板以及DC-DC板組成。其中電源驅動板的作用是接受控制板給定的信號然后驅動IGBT導通，同時檢測溫度、電流、電壓等信號并進行保護。控制板主要是接受圖形終端鍵盤或者外部給定的信號，處理后通過數據線將指令傳給電源驅動板。DC-DC板主要是將輸入的直流高電壓變換成24V，分別供給風扇、接觸器和驅動電源板用。

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、減速等運行狀態的調速設備，變頻器具有以下特點：

（1）調速范圍為精密無級調速，最低頻率可調至0.1Hz，最低車輪轉速可調至1r/min。

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

（3）該變頻器的零位即是制動位置，當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）變頻器設有溫度自動檢測功能，當因司機操作不當致使電機溫升過高≥85℃，調速器自動封鎖輸出。

（5）變頻器具有電動機短路、缺相、過電壓、欠電壓保護功能。

（6）本變頻器具有低速超強的轉矩性能。

6　結語

采用變頻調速突出的特點是節電，節電率在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，畢業于山東科技大學機械設計制作及其自動化專業，主要從事：專業技術工作。