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直流架线式工矿电机车电气系统的设计与应用

刘新辉  
【摘要】: 我国现阶段矿用运输设备多数为架线式机车和蓄电池式机车,其电气系统大部分采用直流传动技术,控制方式落后,存在严重安全隐患,且运输成本高昂,已成为进一步提高矿产品产量的瓶颈。近年来,随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的不断发展,交流传动以其牵引力大、制动性能优良、适用范围广、技术指标高、安全性、经济性好等优点,在牵引电机车领域得到广泛应用。 本课题研究的目的在于将最新交流电传动技术引入我国工矿电机车电气系统,完成由直流传动向交流传动转换的任务,从而尽快赶上与发达国家在牵引电气设备行业的水平。 本文研究了一种直流架线式工矿电机车电气控制系统,通过采用交流变频调速电传动技术,以脉宽调制(PWM)为理论基础,采用IGBT功率模块作为开关元件,组成直一交电压型逆变器,采用三相高精度PWM波产生器SA4828与单片机构成控制电路,将直流电逆变成三相交流电,供给交流牵引电动机用以驱动轨道维护机车。重点介绍了牵引工矿电机车的电气原理及电气控制功能,阐明了该种电机车电路系统的设计思路、工作原理、硬件构成,进行了技术参数的计算、元件选择等,完成了电机车电气控制功能的电路系统设计,并开发投入到实际生产中,运行效果良好 本文的研究内容主要包括以下几个方面: (1)对交流电传动电气控制原理进行理论分析和计算验证; (2)对核心部件——变频调速器的结构、原理进行分析、设计及技术参数的计算,牵引电动机参数计算和选型工作,以及在制动电阻上的分析计算等; (3)电气控制系统中控制回路、辅助回路相关电气件的参数计算、分析等; (4)完成电气控制系统的原理设计、功能分析及元件的选型工作; (5)根据电气控制的设计完成所需的试验工作,并实现整车电气控制系统运行,使交流电传动技术在该车电气控制中得到较好的体现。 本系统通过采用变频调速技术,实现了电机的软启动、软关断功能,电机电流的谐波失真较少,电压利用率有了较大的提高,具有控制简单、外围电路较少、节能明显、性价比高等优点,能充分满足交流牵引变频器的性能要求,可适用于地铁建设、采掘产业、煤炭工业、有色金属业和隧道工程等行业的轨道运输及井下巷道等窄轨铁路等场所的运输牵引。


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