2013变频机车知识演示文稿

重点 电气传动基础交 直流电机拖动调速控制比较变频调速原理我矿变频电机车技术特征 电气传动基础知识 T电机转矩 T负载转矩 加速运行T电机转矩 T负载转矩 减速运行T电机转矩 T负载转矩 恒速运行 电气传动基础知识 目的 根据设备和工艺的要求通过改变电动机速度或输出转矩改变终端设备的速度或输出转矩 构成 负载机械特性 根据转矩与转速关系有转矩不变 提升绞车 变转矩 风机 泵 恒功率 如电机车 启动时转矩大 转速低 直流电机拖动 直流电动机拖动优点 1 调速性能好 可以经济的实现均匀 平滑的无级调速 且调速范围较宽 2 起动力矩大 可在重负载下起动 矿井电机车的牵引电动机为串励直流电动机 串励直流电动机特点 1 机械特性接近恒功率特性 负荷增大 转速下降 功率不变 2 低速时转矩大 启动电流较小时 也可获得较大转矩 如井下12T电机车 用两台21KW直流电动机驱动 调速控制有电阻 脉冲调速 变频机车调速采用交流电机 电阻调速启动时串附加启动电阻和将2台串励电动机串联的方法进行启动 正常运行调速为2台串励电动机并联 全速 过道岔及弯道时为2台串励电动机串联 半速 这样可经济地获得更大范围的调速和减少起动时的电能消耗 直流电机拖动缺点 首先 直流电机结构复杂 有电刷和机械换向器 电机造价高 维修量大 维修成本高 其次 直流电机有换向火花 在煤矿井下环境使用直流电机有很大的局限和隐患 防爆型直流电机造价较高 直流电机有换向器限制了直流电机的使用 容量极限只有交流电动机的1 最高功率一般不超过800KW 同容量效率比交流电动机低2 3 交流电动机拖动特点 交流电机占电气传动总容量85 以上 且交流三相异步鼠笼电动机结构简单 无电刷 成本低廉 工作可靠 电机不易损坏 维护方便 基本免维护 效率高 传统交流电机调速性能较差 70年代以前 高性能调速基本采用直流电机 随着电力电子技术的发展 特别是大规模集成电路和计算机控制的发展 高性能的交流变频调速系统理论的出现 现在交流变频电机可以模拟成直流电机 调速可以和直流调速系统相媲美 有取代传统直流电机的趋势 高性能调速用交流电机取代直流电机 性能显著 变频调速理论基础 交流异步电机转速公式 n 60f 1一S Pn 异步电动机转速 r min 60f P 定子旋转磁场转速 r min f 定子电源频率 Hz S 电动机转差率 P 电动机定子绕组极对数 异步电动机调速 1 改变电源频率 2 改变转差率S 3 改变极对数p 变极对数和变转差率调速范围窄 效率低 性能较差 变频调速 通过改变供电电源频率f 从而改变电动机转速 称为变频调速 真正无级调速 调速范围宽 性能好 效率高 但系统复杂 变频调速控制方法 1转速开环恒压频比控制 保持U f C 常数 的控制方法2基于电动机稳态模型的转速闭环转差频率控制 动态控制性能不是很理想 3按转子磁场定向的矢量控制 又称矢量控制 4按定子磁场定向的矢量控制 又称直接转矩控制 简称DTC 把电机电流矢量分解励磁电流和转矩电流两部分 分别对磁通和转矩进行控制 使异步机变频调速后的机械性能及动态性能达到了直流电机的调速性能 我矿的变频电机车控制方法 直接转矩控制 通用电压源型变频器主电路结构图 1 逆变器 将直流电变为频率电压可调的交流电的变换器 未画出开关器件的吸收电路和其它辅助电路 2 大电容滤波器的中点o为逆变器提供了直流电源的中点电位3 逆变器三个桥臂的输出端接三相对称y接电阻负载 中点为o 如图所示 输出相电压为uao t 线电压为uab t 逆变器工作原理 1 在逆变电路中一般由六个开关管 采用IGBT 组成一个三相桥式电路 交替打开和关断这六个开关 就可以在输出端得到相位上各相差120 电气角 的三相交流电源 2 在三相桥式逆变器中 有180 导通型和120 导通型两种换流方式 每个开关器件在一个周期内导通的区间是180 在180 导通型逆变器中 每一时刻总有3个开关器件同时导通 现代通用变频器大都是采用交 直 交电压源型180 导通的变频器3 电力电子开关器件IGBT 绝缘栅双极型晶体管 特点 是由BJT 双极型三极管 和MOS 绝缘栅型场效应管 组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件 优点高速 低耗 工作频率高 可导通压降小 耐压高 在20KHz以上 性能稳定 逆变器的八种开关状态 逆变器输出电压波形 变频器控制采用PWM 脉冲宽度调制 控制技术 1 SPWM 正弦波脉宽调制 控制2 电流跟踪PWM控制3 电压空间矢量PWM SVPWM 控制 即磁链跟踪控制技术 SPWM 正弦波脉宽调制 控制输出电压波形 开关功率管通断时刻由调制波与载波交点确定 SPWM信号发生器可采用专用集成电路芯片 电流跟踪PWM控制电压波形 采用电流闭环控制 使实际电流快速跟随给定值 直接转矩 DTC 控制输出电压波形 通用型变频器硬件电路结构图 转速开环变压变频调速系统 专用型变频器接线图 蓄电池电机车的变频调速 变频机车逆变器的输入就是蓄电池提供的直流电 通过逆变器转换为频率可调的交流电 通过改变流过电机电流的频率 达到调速目的 DSP控制芯片 数字信号处理器 DSP 是一种具有特殊结构的微处理器 有特殊的DSP指令集 与传统的微