应用于矿用电机车的新型交流牵引驱动系统

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1、鼠应用技术应用于矿用电机车的新型交流牵引驱动系统李保生杜贵平(1．永济新时速电机电器有限责任公司2．华南理工大学)摘要：针对架线式矿用电机车负载变化频繁、供电波动较大、工作环境恶劣等具体工程实际问题，提出了具有最大转矩输出能力的改进型转差频率控制方法及重载转矩补偿和母线电压补偿措施，研制了DC550V／300KW实验样机。仿真和实验表明，驱动系统在启动和拖动过程均具有较大的转矩输出能力和良好的动态响应特性，提高了牵引性能和系统的可靠性。关键词：矿用电机车；最大转矩；转差频率控制三相逆变桥的功率管工作输出正

2、玄电流，拖动电1引言机运行；浪涌抑制环节防止开机浪涌冲击，制动模块架线式窄轨电机车是广泛应用于地下铁道及工实现机车的有效制动，缓冲吸收电路用来减小功率开矿挖掘工程等领域的重要牵引动力设备，经常面临负关管的电应力，保证逆变桥稳定工作。载变化频繁、供电波动较大、工作环境恶劣(振动、系统控制电路由辅助电源电路、数字控制电路和潮湿、腐蚀等)等具体工程实际问题，针对上述问题驱动电路组成。辅助电源电路将架线电压经滤波、稳及需求，综合考虑目前交流驱动系统主流控制方法的压、分压、高频变换、变压器处理等环节为控制电路优缺点

3、[1，兼顾工程实用性和技术先进性，研究并提供各等级的直流电源；数字控制电路实现信号的综提出了具有较大转矩输出的改进型转差频率控制方合分析、控制算法和用户界面的设计；驱动电路实现法以及母线电压补偿及重载转矩补偿措施，设计了工对六管电路IGBT器件的驱动处理。程样机，并开展了仿真和实验研究。保护监测包括电流、电压、温度保护电路。电流2系统构成及工作原理保护电路是对电机定子电流的检测保护电路；电压保护电路是指对直流侧电压的检测、保护并进行相关补驱动系统主要由功率电路、系统控制电路、保护偿；温度保护电路是对变频器

4、底座温度的检测保护，电路三部分构成，系统结构如图1所示：避免过热引起变频器异常。3最大转矩转差频率控制策略窄轨电机车通常运行路面不平坦，负载较重，除了要求具有良好的动态性能和调速特性以外，还要求机车能够应对重载情况，并具有较大的输出转矩，尤其是启动转矩。异步电机起动转矩与频率有关，起动时，一般转速较低，但起动转矩与频率并非简单的单调递增或递减关系。为了得到最大起动转矩，对转矩图1系统总体框图与转差频率的关系进行进一步的探讨：主功率电路主要由浪涌抑制环节、直流侧滤波电异步电机转矩与电压、转差率、频率间的关系

5、I6J：容、制动模块、三相逆变桥及缓冲吸收电路组成。架：：线直流电压经滤波后，由控制电路通过脉宽调制信号(+(．s))16K为电机结构参数，代入相关参量可得：备最大起动转矩。为了消除PI参数的影响，同时得sU?R2到最大转矩，在本文的算法中，不再引入PI调节器。：．(+())最大转矩转差频率法的控制规律简要如以下公式表KsfU~R2示：：(+))：』1一I；1一}

6、角速度；表示最大转矩对应的转差角频率。2刀(+(COsL2))在电机启动瞬问，反馈转速为零，此时根据式在保持磁通恒定的前提下，近似为常值，令(4)，得到的转差频率对应最大转矩，保证最大启，动转矩。而在运行过程中也保持对转差频率的控制，=等可得转矩与转差频率的关系如下：因此系统具备最大输出转矩功能。与传统转差频率法相比，本控制策略无须PI调一丽co,R2c-)节，而是根据式(5)进行简单的运算得到对应最大转矩的转差频率。同时，利用恒压频比方法代替传统其中，Ks是依赖于电机结构的参数，在磁通恒方法的电流一转差

7、频率曲线，便于数字化实现。定时为常数。在电机稳定运行时，转差频率很小。本文提出的方法在机车稳定运行时具有最大的异步电机起动瞬间，转差率S=1，此时输出转矩，在重载时也通过调整电压补偿转矩，使整=，将此关系代入式(1)，可得到起动转矩与个控制过程保持较大的输出转矩，不仅适应机车运行频率的函数关系式：的实际情况，且修正了传统转差频率法的不足，易于Tinitial=数字化实现。将上式对频率求导等于零，司得到最大起动转矩4仿真及实验研究对应的频率，即：为了验证最大转矩转差频率法的大转矩输出特冬：(：0(3)性，利

8、用MATLAB／SIMULINK构建了系统的控制模+)型，见图2。因此，当满足下式(4)关系时，电机具有最大起动转矩，记此时的转差频率为政。尼一般异步电机中，的值约为15~20。根据式(4)，取=：3Hz4Hz得到最大起动转矩。图2最大转矩转差频率法Simulink仿真框图进一步研究，可以发现，在运行过程中保证上式图3为最大转矩转差频率法与开环恒压频比方成立，可得到最大输出转矩。传统转差频率法限制了法的人为特性仿真曲线，参考转