多类型矿用机车用多功能新型变频调速器的研制

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【摘要】本文研制了适用于多车型、多功能矿用机车用变频器，削除了普通电机车以及斩波调速电机车存在的安全隐患。

【关键词】矿用机车；变频器；精密无级调速

0概述

变频调速电机车既可以使用价格相对便宜、故障率低的交流电机，而且交流电机使用范围广泛，工人更为熟悉且容易接受。变频器在控制运行方面有着强大的功能，可以进行不同方式的控制以及满足多种运行条件。

１变频调速器的技术指标

直流输入电压330-670V，额定输出功率44KW，输出电压三相380V，频率控制范围0-50Hz。

标准功能：电流限幅、转矩提升、转速追踪和掉电再起动、跳跃频率、频率上下限控制、载波频率调整、加减速时间可调、加减速模式可变、直流制动、多段速度、程序运行、摆频运行、PID调节控制。

保护功能：短路、过载、输出缺相、过流、过热、过压、欠压、参数设置错误和外部故障。

２工作原理

变频调速器的原理框图如图1所示，调速器由三部分组成：

（1）直流输入及滤波电路；

（2）IGBT三相全桥逆变电路；

（3）电源驱动及控制电路。

工作原理为：电机车由电容器提供380-600V直流电源，直流电通过滤波电路输入IGBT三相全桥逆变电路实现“直―交”变换，成为电压和频率均可调的三相交流电，供电机车两台交流变频调速电动机工作，其中控制电路方式采用电压空间矢量控制正弦波SVPWM提供调制信号。将电容器提供的直流电压变成不同的交流电，使电动机获得无级调速所需的电压、电流和频率，从而实现对电机速度的控制与调节。

图1变频调速器电气原理方框图

３图纸设计

根据变频器工作原理和参数，内部元器件型号如下：

R:铝壳电阻，20Ω/150W；

KM:接触器，SC-N1；

L:直流电抗器；

电解电容器组：水泥电阻R1-R4（50kΩ/10W），电解电容C1-C4（3900MF/400V）；

IGBT单元：德国优派克FF200R12KE3；

HALL：电流传感器，CSCA0300A00B15B01。

主回路接线如图2所示。

图2变频器主回路接线图

变频器的控制部分由电源驱动板、控制板以及DC-DC板组成。其中电源驱动板的作用是接受控制板给定的信号然后驱动IGBT导通，同时检测温度、电流、电压等信号并进行保护。控制板主要是接受图形终端键盘或者外部给定的信号，处理后通过数据线将指令传给电源驱动板。DC-DC板主要是将输入的直流高电压变换成24V，分别供给风扇、接触器和驱动电源板用。

４产品特点和功能

该变频器适用于矿用架线式电机车、矿用一般型速充式电机车以及速充式有机超级电容器电机车，作为控制机车启停、加速、减速等运行状态的调速设备，变频器具有以下特点和功能：

（1）调速范围为精密无级调速，最低频率可调至0.1Hz，最低车轮转速可调至1r/min；

（2）可设定车速的限制，而这种设定的车速即使在下坡行驶时也不会超过设定的转速；

（3）变频器的零位即是制动位置，当机车由高速降至低速运行时，尽管机车有高速的惯性，但机车的电机和车轮仍按调定的速度运行。实际上，此时电机起到了制动减速作用；

（4）设有温度自动检测功能，当因司机操作不当致使电机温升过高≥85℃，调速器自动封锁输出；

（5）具有电动机短路、缺相、过电压、欠电压保护功能；

（6）具有低速超强的转矩性能。

５结语

该变频器可靠、简单、舒适的操作方式，保障了工人的安全，减轻了工人的劳动强度，给广大职工带来了便利。去掉制动电阻，实现再生能量制动，完全符合国家节约能源的政策。