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(wú)級(jí)調(diào)速礦用機(jī)車(chē)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(jī)車(chē)、礦用一般型速充式電機(jī)車(chē)以及速充式有機(jī)超級(jí)電容器電機(jī)車(chē)的精密無(wú)級(jí)調(diào)速礦用機(jī)車(chē)用變頻器，實(shí)現(xiàn)了，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)車(chē)安全高效運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：精密；無(wú)級(jí)調(diào)速；機(jī)車(chē)用變頻器

1　概述

變頻調(diào)速電機(jī)車(chē)既可以使用價(jià)格相對(duì)便宜、故障率低的交流電機(jī)，而且交流電機(jī)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(yùn)行方面有著強(qiáng)大的功能，可以進(jìn)行不同方式的控制以及滿足多種運(yùn)行條件。所以交流變頻技術(shù)運(yùn)用在電機(jī)車(chē)上會(huì)給煤礦運(yùn)輸帶來(lái)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(dòng)、跳躍頻率、頻率上下限控制、載波頻率調(diào)整、加減速時(shí)間可調(diào)、加減速模式可變、直流制動(dòng)、多段速度、程序運(yùn)行、擺頻運(yùn)行、PID調(diào)節(jié)控制；保護(hù)功能：短路、過(guò)載、輸出缺相、過(guò)流、過(guò)熱、過(guò)壓、欠壓、參數(shù)設(shè)置錯(cuò)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(dòng)及控制電路。

其工作原理為：電機(jī)車(chē)由電容器提供380-600V直流電源，直流電通過(guò)濾波電路輸入IGBT三相全橋逆變電路實(shí)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(jī)車(chē)兩臺(tái)交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)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(hào)。它將電容器提供的直流電壓變成不同的交流電，使電動(dòng)機(jī)獲得無(wú)級(jí)調(diào)速所需的電壓、電流和頻率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度的控制與調(diào)節(jié)。

4　圖紙?jiān)O(shè)計(jì)

根據(jù)變頻器工作原理和參數(shù)，內(nèi)部元器件型號(hào)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(guó)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(dòng)板、控制板以及DC-DC板組成。其中電源驅(qū)動(dòng)板的作用是接受控制板給定的信號(hào)然后驅(qū)動(dòng)IGBT導(dǎo)通，同時(shí)檢測(cè)溫度、電流、電壓等信號(hào)并進(jìn)行保護(hù)?？刂瓢逯饕墙邮軋D形終端鍵盤(pán)或者外部給定的信號(hào)，處理后通過(guò)數(shù)據(jù)線將指令傳給電源驅(qū)動(dòng)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(dòng)電源板用。

5　特點(diǎn)

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

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

（2）可設(shè)定車(chē)速的限制，而這種設(shè)定的車(chē)速即使在下坡行駛時(shí)也不會(huì)超過(guò)設(shè)定的轉(zhuǎn)速。

（3）該變頻器的零位即是制動(dòng)位置，當(dāng)機(jī)車(chē)由高速降至低速運(yùn)行時(shí)，盡管機(jī)車(chē)有高速的慣性，但機(jī)車(chē)的電機(jī)和車(chē)輪仍按調(diào)定的速度運(yùn)行。實(shí)際上，此時(shí)電機(jī)起到了制動(dòng)減速作用。

（4）變頻器設(shè)有溫度自動(dòng)檢測(cè)功能，當(dāng)因司機(jī)操作不當(dāng)致使電機(jī)溫升過(guò)高≥85℃，調(diào)速器自動(dòng)封鎖輸出。

（5）變頻器具有電動(dòng)機(jī)短路、缺相、過(guò)電壓、欠電壓保護(hù)功能。

（6）本變頻器具有低速超強(qiáng)的轉(zhuǎn)矩性能。

6　結(jié)語(yǔ)

采用變頻調(diào)速突出的特點(diǎn)是節(jié)電，節(jié)電率在35%以上。同時(shí)變頻器的運(yùn)用，使機(jī)車(chē)的運(yùn)行更加安全、方便：首先，杜絕了普通電機(jī)車(chē)以及斬波調(diào)速電機(jī)車(chē)存在的安全隱患，為煤礦運(yùn)輸提供了安全保障；其次，直接轉(zhuǎn)矩控制方式的使用，給運(yùn)輸帶來(lái)了極大的便利；再次，可靠、簡(jiǎn)單、舒適的操作方式保障了工人的安全，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，給廣大職工帶來(lái)了便利。

作者簡(jiǎn)介：杜迪（1987—），男，畢業(yè)于山東科技大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制作及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，主要從事：專(zhuān)業(yè)技術(shù)工作。