内燃机车牵引变频调速控制系统设计

1、针对铁路公里/小时的必须，研发交流电传动工程作业机车是非常适当的。该车设计拒绝不应具备两种运营方式：即高速、长距离机车运营状态和超强短距离平稳作业运营状态。目前国内用于的工程作业机车，一方面没使用交流电传动，另一方面都不具备这种性能拒绝。

2、机车电机的特性从电机原理中未知，异步电动机典型的转矩——扭矩特性。电机转子在实时扭矩时，转矩为0；当转差率很小时，转矩随速度的增大，即转差率的减少，几近直线变化。

当转差率S为正时，为电动转矩；转差率为负时，为制动器（发电）转矩。转差率为转差频率（转子电流的频率）与定子电流频率F1之比：S＝ΔF／F1（1）异步电动机转子的转动频率F2，如果需要测量计算出来，根据阻抗对转矩的必须，由电机的掌控特性，之后能寻找其适当的转差频率ΔF，则变频器输入的定子电流频率F1为：F1＝F2±ΔF（2）式中（2）的（）对应于电动机车状态，即定子电流的频率F1小于转子转动的频率F2；（－）对应于发电制动器状态，此时转子转动的频率F2小于定子电流的频率F1。图为变频机车异步电动机额定转差频率ΔF的特性曲线。

该曲线可根据机车异步电动机设计参数欲出有。该特性曲线作为转矩原作（转差频率ΔF）的完整依据。

在变频器——机车电动机给定实验时展开校正，在工程作业机车现场调试时，根据必须展开必要的调压。3、机车变频调压控制系统的特点3.1变频机车调压系统的掌控方式由于机车本身及所机车的拖车重量较小，一般为大惯性阻抗，其启动／行驶时间皆较长，其转矩的响应时间无快速性拒绝。因此变频机车调压使用转差频率掌控，构建转矩的等价掌控和扭矩转差闭环控制，几乎能符合机车掌控的各种拒绝。3.2机车变频调压系统的工作模式工程作业车在轨道上行经作业，一般来说为“双车重联工作”。

这样配备，一方面减少设备的可靠性；另一方面可适应环境有所不同的拖车载重和长大坡道、高速长距离之运营拒绝。针对交流传动内燃作业机车设计以及用于方面的拒绝，机车变频调压控制系统不应按特例工作方式展开设计：⑴双车并联工作模式：按转矩等价掌控（转差频率ΔF掌控）方式工作；高速长距离（牵引长大坡道等）机车运营。⑵单车独立国家工作模式：按扭矩转差闭环或V／F开环频率掌控方式工作；短距离平稳作业运营。3.2、1双车并联工作模式控制系统计算出来牵引电动转子转动中实际运转频率F2。

如果此时电动机的转子只需回来机车一块运营，只将转子运营频率F2作为机车变频器的得出频率F1（定子绕组上产生的频率），即F1＝F2。当必须产生一定的牵引力（电动转矩）时，控制系统只要将电动机转子此时运营的某一频率F2所对应的转差频率ΔF′（ΔF′／ΔF＝实际转矩／额定转矩）与F2相乘，即F1＝F2ΔF′，这样电动机之后输入适当的转矩。通过机械传动机构，机车之后获得适当的牵引力。

为了给柴油发电机组一定的调节时间，牵引力／制动器力的产生，要经过一个等价的斜坡时间不予缓冲器。以这种方式展开转矩掌控，机车变频调压系统将十分平稳。

融合上图如果转矩按（1～15）档展开掌控（分档如按比例），即转差频率特性曲线有15条供用户搭配。3.2、2单车独立国家工作模式在理解转矩等价方式工作原理之后，我们再行来辩论扭矩转差闭环工作原理。在PWM计算出来方框的输出信号F2同转矩等价掌控方式中的F2一样，此处不赘述。速度调节器PI将VG、VF求差并展开PI运算，输入ΔF值受ΔF数据限幅，即当ΔF值在额定值（ΔF）以内，输入其实际值，多达额定的ΔF时，限到F2频率对应的ΔF值，即ΔF不像转矩等价掌控方式只有15条曲线，而是在机车／制动器工作区中有无数条任一的曲线。

V／F开环频率（扭矩）掌控，将要速度信号必要作为机车变频器的输入频率信号F1。当然V／F开环频率掌控要将机车掌控所需的特性拒绝考虑到进来，远非一般标准化变频器就能胜任的。

4、机车变频调压系统主电路设计4.1机车变频调压系统的特殊要求根据此变频调压系统应用于场合的特殊性，因此主电路设计必须考虑一下几点因素：⑴柴油发电机组供电系统较低抗扰的引人注目性；⑵机车电动机供电拒绝的特殊性；⑶机车变流器免除确保拒绝的必要性。4.2机车变频调压系统主电路分析机车变频调压系统主电路电路原理及操作控制主电路由：进线电路、整流器、预充电电路、滤波器、动能制动器和逆变器等构成。

其各部件功能详述如下：⑴进线电路进线电路由刀开关K、进线电抗器LP和熔断器RD构成，各电器元件的起到为：刀开关K：将机车变频调压系统（装置）与机车柴油—发电机组供电系统隔绝。进线电抗器LP：使整流器交流进出电流倒数光滑，减低整流电路对柴油发电机组电网的阻碍。

熔断器RD：对柴油发电机组获取维护。⑵整流器由三只晶闸管和三只整流二极管构成三相桥半触整流电路。此处晶闸管不使用相控方式而用电平启动时，即晶闸管工作时等效为一个整流二极管。⑶预充电电路机车变频调压系统，为“递—平—递电压型变频器”，中间支流电压环节由多个大容量的电解电容器串／并构成，以此来维护整流器和电容器不因大的充电电流而损毁。

电电流而损毁。预充电电路由三相桥式整流器ZL和电池限流电阻2R1、2构成。⑷滤波器滤波器主要由多个大容量的电解电容器通过串／并联相连构成，用皆力电阻1R1、2，展开强迫皆力，使串联电容器上的电压几近完全一致。此处滤波电容器的功能有三种：1。

将支流电压纹波滤平；2。为异步电机获取力阻电流；3。

为动能制动器和逆变器中的全控型电力电子电源元件换流时，获取较低压通路。⑸动能制动器电路机车电动机正处于发电制动器时，其输入电压与电流偏移。在逆变器中，IGBT晶体管通过电流的时间，在一个输入频率周期时间内，大于其通过续流二极管电流的时间。

利用二极管的起到，逆变器将电动机由阻抗动能切换来的电能，送往滤波电容器上。此能量又无法通过整流器返送往交流电网，结果电容器上的能量大大减少，电压大大升高，当电压超过一定值时（如700V），由控制系统通车下面的IGBT晶体管，这样直流电源的（）近于通过静电制动器电阻RB和通车的晶体管，与电源的（－）近于接同，流到电流IB＝VDC／RB。

获释电容器所储存的电能。逆变器大大折返电动机收到的电能，从而使机车产生一定的制动器力。⑹逆变器逆变器由6个IGBT晶体管电源和与1GBT鼓吹并联的6个慢完全恢复续流二极管构成，以构建电流的双向流通。

这个电路结构为二电平掌控方式，利用PWM控制技术，构建电压／频率（V／F）协调控制（VVVF掌控）。当机车异步电动机作电动机车运营时，交流电动机定子绕组端的电压／电流同方向（有一相角劣），逆变器将直流电源的电能直流电源为交流电能，对电动机供电。

当机车异步电动机作制动器运营时，交流电动机定子绕组端的电压／电流偏移（有一相位差），逆变器将电动机收到的交流电能，整流变成直流，返送往滤波电容器上。交流到直流的整流转换，其原理如⑸动能制动器中所述。除了主电路各组成部分外还有辅助电源掌控电路、信号检测元件以及控制系统弱电掌控单元。

5、控制系统设计控制系统使用INTEL公司16位单片机作为主控芯片，使用空间电压矢量波掌控方式构建适合于单机运营和多机同步的全数字式转差频率掌控模式。

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