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煤礦架線電機車的變頻改造
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煤礦架線電機車的變頻改造

  • 分類:新聞中心
  • 作者:
  • 來源:
  • 發布時間:2019-10-29 15:32
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【概要描述】

煤礦架線電機車的變頻改造

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 1、概述   礦用電機車是煤礦生產所需的一種主要的運輸裝置,目前主要采用直流電動機驅動。但是,隨著交流調速技術的發展,交流調速系統的性能有了很大了提高,同時由于交流電機和直流電機相比具有功率大、效率高、無電刷和換向器,維護成本小的優點,因此用交流電動機取代直流電動機應用在礦用電機車上,已成為礦用電機車發展的趨勢。   本文給出了采用矢量控制的原理和實現方法,并對所采用的控制算法進行了分析,設計了基于單片機80C196MC和智能功率模塊的礦用電機車矢量控制系統。該方案利用受控于單片機的智能功率模塊產生電機的三相電壓;   2、系統硬件設計   本文設計的整個調速系統由主電路、單片機控制電路和反饋量檢測電路組成。   主電路是由逆變電路構成。其中逆變電路采用IPM智能功率模塊完成功率變換;單片機控制電路以80C196MC單片機為控制核心,包括存儲器擴展電路和一些外圍電路如:鍵盤顯示電路、復位電路、系統保護電路等等。單片機控制電路主要負責數據處理矢量控制算法的計算、PWM波和控制信號的產生以及顯示和故障處理等等任務。   反饋量檢測電路主要由定子電流檢測電路和轉速檢測電路組成,檢測值送單片機處理后主要用   于矢量控制算法的計算。整個變頻調速系統的主要組成部分如下圖所示。   2.1智能功率模塊IPM   本系統的逆變器件采用智能功率模塊IPM。IPM是以絕緣柵雙極晶體管IGBT為功率器件的新型模塊。傳統的IGBT是功率場控晶體管MOSFET和電力晶體管GTR的復合,它把MOSFET的驅動功率小、開關速度快的特點和GTR通態壓降小。功率電路,緩沖電路還有門極驅動電路必須設計到足以承受和的極限值。如果功率電路漏感不夠小、緩沖電路吸收不充分,瞬態過電壓就會發生。同時地環路和雜散電容還會引起嚴重的噪聲問題。   IPM智能功率模塊結構   IPM共有6個主回路端16個控制端,其中VccUVccUVccW分別為U,V,W相上橋臂控制電源輸入的+端,GNDu, GNDv, GNDw分別為對應的一端;VinUVinV VinW分別為上橋臂U,V,W相控制信號輸入端,Vcc,GND為下橋臂公用控制電源輸入;VinXVinYVinZ分別為下橋臂XYZ相控制信號輸入端;VinDB為制動單元控制信號輸入端;   2.2逆變電路IPM的選擇   正常工作時,電網直流供電電壓U為440~660V,則經過電容濾波后的直流電壓可由下式計算確定:   式中:為安全系數,一般取=1.1;   1.1為波動系數;   Ed為電容濾波后的直流電壓。   關斷時的峰值電壓按下式計算:   式中:為關斷使得峰值電壓;為安全系數,一般取=1.1;1.15為過電壓保護系數;為電容濾波后的直流電壓;150為由引起的尖峰電壓。令IGBT模塊的電壓額定值滿足,并向上靠攏IGBT的電壓等級,取。   2.3 IPM的驅動隔離接口電路   驅動隔離電路是IPM主電路和控制電路之間的接口。由于IPM內置了驅動電路,與IGBT驅動電路設計相比,外圍驅動電路的設計比較方便,只要能提供15V穩定的驅動電源和開關控制信號,提供低電平控制相應IGBT導通,高電平控制相應IGBT關斷。   根據6N137的特點,結合實際控制需要,本文設計的IPM快速驅動隔離控制。   PWM信號先經7407驅動后,再經過電阻R2A接到光耦6N137的2腳;3腳接地;右邊的6腳是6N137的信號輸出腳,6腳經R2C接到Q2A基極,再經Q2B驅動后接到IPM的UP端。6N137的7腳和IPM的外部保護電路相連。上圖中的7407是為了增大驅動能力而設置的,可以防止電路引線太長所造成的驅動能力的下降。   正常情況下,6N137的7腳為高電平。如果有外接的驅動脈沖信號加到光耦6N137的2腳端,當2腳端的電位為高電平,由6N137的真值表知:6腳輸出為低電平,使Q2A關斷,Q2B導通,則加到IPM的UP端信號為低電平,經IPM內部驅動電路使IGBT導通。反之,當2腳端的電位為低電平時,光耦輸出腳6為高電平,使Q2A截止,于是UP端為高電平,經內部驅動電路使IGBT關斷。   3、結論   礦井的工作條件惡劣,對電動機的防爆、防塵和防潮等特殊指標有很嚴格的要求,顯然,直流電動機由于本身固有的結構特點,是不利于這些要求的。相比之下交流調速有著很多優點。   .交流電動機比直流電動機結構簡單、成本低廉、工作可靠、維護方便慣量小、效率高,如果把電機車改成交流拖動,顯然能夠帶來不少效益。   .由于直流電動機具有電刷和換向器,因此必須經常進行檢查維修,換向火花也使它不太適合煤礦的瓦斯環境。交流電動機在運轉時沒有直流電動機那樣的換向火花現象,因此更易實現防爆。   .交流調速系統可以有效節約能源。

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