工礦電機(jī)車專用變頻器的設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告.doc

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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告 題 目： 工礦電機(jī)車專用變頻器的設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 電氣信息學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng) 學(xué)生姓名： 陳學(xué)磊 學(xué) 號(hào)： 201001019118 指導(dǎo)老師： 楊青 2014 年 3 月 15 日 開(kāi)題報(bào)告填寫(xiě)要求 1．開(kāi)題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)及所在專業(yè)審查后生效。 2．開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書(shū)寫(xiě)或按此電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)。 3．“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書(shū)寫(xiě)（或打?。┰诒鹃_(kāi)題報(bào)告第一欄目?jī)?nèi)，學(xué)生寫(xiě)文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于10篇（不包括辭典、手冊(cè)），其中至少應(yīng)包括1篇外文資料；對(duì)于重要的參考文獻(xiàn)應(yīng)附原件復(fù)印件，作為附件裝訂在開(kāi)題報(bào)告的最后。 4．統(tǒng)一用A4紙，并裝訂單獨(dú)成冊(cè)，隨《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)》等資料裝入文件袋中。  畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告 1．文獻(xiàn)綜述：結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫(xiě)2500字以上的文獻(xiàn)綜述，文后應(yīng)列出所查閱的文獻(xiàn)資料。 文獻(xiàn)綜述 1 前言 隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時(shí)礦用電機(jī)車作為礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)的主要運(yùn)輸設(shè)備，其可靠性和節(jié)能性在某種程度上對(duì)礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)效率起著關(guān)鍵性作用。目前，我國(guó)礦機(jī)車的牽引源主要是直流傳動(dòng)。由于直流電動(dòng)機(jī)造價(jià)高、可靠性低、換向器易磨損，維修周期長(zhǎng)，而且，啟動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速系統(tǒng)均采用直流電阻直接控制，能耗大。 長(zhǎng)期以來(lái)，工礦電機(jī)車內(nèi)都存在這許多問(wèn)題。例如：網(wǎng)壓波動(dòng)范圍一直持續(xù)比較大；直流電源的質(zhì)量不斷下降；不斷自動(dòng)啟動(dòng)暫停；頻繁掉電；以及交流變頻技術(shù)人才的缺失等等。這直接導(dǎo)致了牽引電氣設(shè)備分會(huì)所屬的企業(yè)減少了對(duì)產(chǎn)品技術(shù)開(kāi)發(fā)的投入，從而使十分適應(yīng)工礦電機(jī)車的專用變頻器一直處于不斷摸索的階段，而并沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的發(fā)展。面對(duì)我國(guó)煤炭、金屬等工礦事業(yè)的告訴發(fā)展，性能落后的直流傳動(dòng)技術(shù)，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足企業(yè)的需要。因此，將礦用電機(jī)車的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)改造為交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)勢(shì)在必行。 本文針對(duì)工礦電機(jī)車的牽引運(yùn)行特點(diǎn)，采用U/f控制模式，結(jié)合空間矢量調(diào)制（SUM）算法，設(shè)計(jì)了一套基于數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的三相異步電機(jī)變壓變頻(VVVF)交流變頻調(diào)速方案。本文詳細(xì)的介紹了交流調(diào)速的基本原理，闡述了七段式SVM算法的核心，提出了一種優(yōu)化的總線鉗位SVM(BCSVM)控制算法，推到了SPWM算法和SVM算法的區(qū)別，分析了死區(qū)效應(yīng)對(duì)逆變器輸出電壓的影響，并給出了死區(qū)補(bǔ)償方案。在硬件設(shè)計(jì)方面，以IT公司的TMS320F2812為核心，設(shè)計(jì)了變頻調(diào)速系統(tǒng)的逆變電路、保護(hù)電路以及控制電路。在軟件設(shè)計(jì)方面，采用32位定點(diǎn)C語(yǔ)言編程方法，編寫(xiě)了變頻調(diào)速系統(tǒng)的模塊化程序。 2 發(fā)展歷程概述 在當(dāng)前全球經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的過(guò)程中，有兩條顯著的相互交織的主線：能源和環(huán)境，而能源的緊張，而能源的緊張，直接制約了經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)。因此，對(duì)能源的有限利用在我國(guó)已經(jīng)迫在眉睫尤其是作為能耗大戶的電機(jī)在節(jié)能方面更是有潛力可挖。 七十年代以后，基于電力電子技術(shù)的交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)取得了很大的發(fā)展。一方面，功率半導(dǎo)體器件的制造技術(shù)、基于電力電子電路的電力轉(zhuǎn)化技術(shù)以及微型計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)的全數(shù)字化控制技術(shù)的發(fā)展，使各種電力電子裝置的體積縮小、效率提高；另一方面，交流調(diào)速具有優(yōu)良的調(diào)速、啟動(dòng)、制動(dòng)性能，較高的效率、功率因數(shù)和顯著節(jié)能的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防軍事裝備等領(lǐng)域，并且占據(jù)了主導(dǎo)地位。 近年來(lái)，交流變頻技術(shù)在國(guó)內(nèi)各個(gè)行業(yè)中都取得了極大的普及和充分的使用。并且獲得了不容小覷的市場(chǎng)效益和社會(huì)效益。在交流變頻技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)技術(shù)人才的不斷增加，給交流變頻技術(shù)在工礦電機(jī)車上的應(yīng)用提供了充足的人才資源。人才資源得到了滿足，技術(shù)支撐同時(shí)可以得到鞏固。 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，采掘機(jī)械化也在不斷的進(jìn)步優(yōu)化?，F(xiàn)在，小噸位的電機(jī)車已經(jīng)不能單獨(dú)礦區(qū)運(yùn)輸任務(wù)。因此，電機(jī)車要發(fā)展，必然朝著重型、大型、高速和全自動(dòng)化、免關(guān)鍵部件維護(hù)化、機(jī)車結(jié)果模塊化以及微機(jī)控制交流傳動(dòng)這些方面不斷前進(jìn)。 這是因?yàn)槿绱?，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)多數(shù)企業(yè)都決定加大交流變頻技術(shù)在電機(jī)車的應(yīng)用研究，并且已經(jīng)有了一部分已經(jīng)獲得成功。 3 電力電子器件的現(xiàn)狀與發(fā)展 電力電子器件是電力電子技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。它主要包括不可控器件、半控型器件和全控型器件。 半控型器件包括晶閘管（SCR）及其派生器件。1958年，SCR的問(wèn)世標(biāo)志著電力電子技術(shù)的開(kāi)端。隨后，雙極性半控器件相繼出現(xiàn)，而且其電壓電流額定值不斷提高，特別是70年代NTD硅單晶的試驗(yàn)成功，使得器件的電壓電流頻率等額定值達(dá)到很高水平。目前，晶閘管主要應(yīng)用于電氣傳動(dòng)以及感應(yīng)加熱和靜止無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)阮I(lǐng)域；特別是在大功率的AC-DC變換裝置中，由于SCR在電流過(guò)零時(shí)關(guān)斷不會(huì)產(chǎn)生大的關(guān)斷損耗，因此SCR具有較大的優(yōu)越性。但SCR不能用門(mén)級(jí)關(guān)斷，需要繁瑣而復(fù)雜的輔助開(kāi)關(guān)電路，使SCR難以在逆變器中使用。 全控型器件包括絕緣柵極晶體管(IGBT)、場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)、大功率晶體管（GTR）、門(mén)級(jí)可關(guān)斷晶體管(GTO)。GTO和GTR的出現(xiàn)彌補(bǔ)了SCR難以關(guān)斷的缺點(diǎn)，同時(shí)，GTO具有SCR高耐壓的特點(diǎn)。GTR是一種電流控制的雙機(jī)雙結(jié)功率半導(dǎo)體器件，與GTO相比，GTR的耐壓值低，工作電流小。20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的絕緣柵極晶體管（IGBT）是MOSFET和GTR復(fù)合形成的，除具有功率MOSFET的電壓型驅(qū)動(dòng)、驅(qū)動(dòng)功率小的特點(diǎn)，同時(shí)具有GTR飽和壓降低和可耐高壓和大電流的優(yōu)點(diǎn)。 MOSFET、IGBT等均是電壓控制型器件，可用一些專業(yè)的高壓集成電路直接控制，甚至可以把主器件和控制保護(hù)電路等做在一個(gè)芯片或器件中，大大的促進(jìn)了高壓集成電路和智能功率集成電路的發(fā)展，使得電力電子技術(shù)產(chǎn)生了新的飛躍。 4 變頻調(diào)速系統(tǒng)原理 VFFF變頻器的控制比較簡(jiǎn)單。其特點(diǎn)是，機(jī)械特性的硬度很好，并且能夠達(dá)到正常的傳動(dòng)平滑的調(diào)速要求。不過(guò)們這種控制方式正在低頻時(shí)，就會(huì)引發(fā)一些問(wèn)題。這是因?yàn)檩敵龅碾妷罕容^小并且受到定子電阻壓降的影響非常明顯，所以導(dǎo)致成最大輸出轉(zhuǎn)矩的減少。除此之外，相比于直流電動(dòng)機(jī)，它的機(jī)械特性相對(duì)較差。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩的能力和靜態(tài)調(diào)速性能也令人擔(dān)憂?；谝陨涎芯浚嚓P(guān)工作人員又提出了矢量控制和變頻調(diào)速。 矢量控制變頻調(diào)速方式的提出對(duì)于工礦電機(jī)車具有里程碑式的意義。但是在實(shí)際應(yīng)用中，它的控制效果難以達(dá)到理想的分析效果。這是因?yàn)檗D(zhuǎn)子磁鏈很難準(zhǔn)確觀測(cè)，而且電機(jī)車參數(shù)對(duì)其系統(tǒng)的影響也很大。因此，在等效直流電動(dòng)機(jī)控制過(guò)程中，所用的矢量旋轉(zhuǎn)變換就比較復(fù)雜，所以，實(shí)際的控制效果就沒(méi)有預(yù)期中那么好。 直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)，是在1985年，由德國(guó)教授首次提出來(lái)的。直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)在很多方面解決了矢量控制技術(shù)的存在的問(wèn)題。并且它憑借極其新穎的控制思想和方便簡(jiǎn)潔的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以及良好的動(dòng)靜態(tài)性能，得到了飛速的發(fā)展。到目前為止，此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)非常成功的運(yùn)用在電機(jī)車牽引大功率的交流傳動(dòng)上面了。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是指直接在定子坐標(biāo)系下，對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，以此控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它既不需要把交流電動(dòng)機(jī)變?yōu)榈刃У闹绷麟妱?dòng)機(jī)，也不需要去模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制。因此，它可以省去矢量旋轉(zhuǎn)變換中許多復(fù)雜計(jì)算，并且也不需要為簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。 5 交流電機(jī)的調(diào)速控制技術(shù) U/f控制是基于在改變電流頻率進(jìn)行調(diào)速的同時(shí)，保證電動(dòng)機(jī)的磁通不變的思想上提出來(lái)的，其主要目的是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩-速度特性。根據(jù)電機(jī)學(xué)的理論，交流異步電機(jī)定子繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是轉(zhuǎn)子繞組切割氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的結(jié)果。電機(jī)進(jìn)行頻繁變速時(shí)，在U不變的情況下，如果f下降，Φ將增加，而Φ的增加會(huì)造成磁飽和，造成實(shí)際磁通增不上去，電流不行產(chǎn)生畸變，削弱了電磁轉(zhuǎn)矩，從而影響機(jī)械特性。因此，為了保證Φ的恒定，在改變f的同時(shí)改變U。U/f控制一般采用開(kāi)環(huán)控制，故不能達(dá)到較高的控制性能，而在低頻時(shí)，必須進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，以改善低轉(zhuǎn)矩的特性。此方式的特點(diǎn)是調(diào)節(jié)工作容易，控制電路簡(jiǎn)單、成本低、機(jī)械特性好。 矢量控制的實(shí)質(zhì)是將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，分別對(duì)速度、磁場(chǎng)進(jìn)行獨(dú)立控制。通過(guò)控制轉(zhuǎn)矩磁鏈，以轉(zhuǎn)子磁通定向，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，經(jīng)左邊變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。然而在實(shí)際應(yīng)用中轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動(dòng)機(jī)控制過(guò)程中所用的矢量旋轉(zhuǎn)變換較為復(fù)雜，故使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想的分析效果。這種控制方式雖然調(diào)速范圍寬、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、工作可靠及操作方便，但計(jì)算比較復(fù)雜，一般需要專門(mén)的處理器來(lái)計(jì)算，因此實(shí)用性不是太理想，控制精度也受到計(jì)算精度的影響。 在20實(shí)際80年代中期，德國(guó)教授提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。其思路是把電動(dòng)機(jī)和逆變器統(tǒng)稱為一個(gè)整體，利用空間矢量、定子磁場(chǎng)定向分析的方法，直接在定子坐標(biāo)系中分析異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算與控制異步電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，采用離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)器，將轉(zhuǎn)矩檢測(cè)值與轉(zhuǎn)矩額定值相比較，使轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)控制在一定范圍內(nèi)。直接轉(zhuǎn)矩控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)矩相應(yīng)快以及參數(shù)性能好的特點(diǎn)，但它是建立在單一矢量、轉(zhuǎn)矩和磁鏈滯環(huán)的控制基礎(chǔ)之上的控制方法，不可避免的造成了低速下開(kāi)關(guān)頻率低、開(kāi)關(guān)頻率不固定以及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大等特點(diǎn)，限制了直接轉(zhuǎn)矩在低速區(qū)的應(yīng)用。 U/f控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等方式的共同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流回路需要大的儲(chǔ)能電容，再生能量又不能反饋電網(wǎng)，即不能進(jìn)行四象限運(yùn)行。為此，矩陣式交-交變頻方式應(yīng)運(yùn)而生。由于該方式省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價(jià)格貴的電解電容。它能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為1，輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行，系統(tǒng)的功率密度大。矩陣式交-交方式實(shí)質(zhì)上不是簡(jiǎn)單的控制電流、磁鏈等量，而是把轉(zhuǎn)矩直接變成被控量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。目前此技術(shù)尚未成熟，仍吸引眾多學(xué)者深入研究。 6 交流電機(jī)的調(diào)速控制技術(shù) 目前國(guó)內(nèi)礦山電機(jī)車運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，直流網(wǎng)壓波動(dòng)大，架線路高低不平，致使電弓脫落頻繁；鐵軌鋪設(shè)欠平整，軌道交線出電纜連接不好，甚至未接，致使回饋電阻增大，遠(yuǎn)離變電站的地方電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏低，最低不到額定值的60%，并且無(wú)電區(qū)多。尤其是井下，電機(jī)車啟動(dòng)制動(dòng)頻繁，且連續(xù)超載嚴(yán)重。以上環(huán)境都對(duì)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)提出了特殊要求，系統(tǒng)過(guò)載能力強(qiáng)，啟動(dòng)力矩大，相應(yīng)快，對(duì)瞬時(shí)跳弓，電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大有較強(qiáng)的自適應(yīng)能力。 本課題通過(guò)對(duì)目前交流調(diào)速系統(tǒng)的分析，結(jié)合工礦電機(jī)車的工作環(huán)境，基于TI公司新推出的DSP芯片TMS320F2812，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套可有效解決礦井頻繁掉電和電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大等實(shí)際問(wèn)題的電機(jī)車變頻調(diào)速系統(tǒng)。圍繞該系統(tǒng)的性能，本文詳細(xì)討論了硬件設(shè)計(jì)方案和軟件設(shè)計(jì)流程。 參考文獻(xiàn) [1] 劉新輝,李克瑜.直流架線式工礦用軌道維護(hù)車電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用．蘭州高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2005． [2] 趙煜慧.井下直流架線式電機(jī)車變頻改造[J] .礦山機(jī)械,2008． [3],陳佳.直流架線式礦用電機(jī)車變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)．電機(jī)與控制應(yīng)用,2011． [4] 馬小亮.高性能變頻調(diào)速及其典型控制系統(tǒng).機(jī)械工業(yè)出版社,2010． [5] 胡崇岳.現(xiàn)代變流調(diào)速技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社,2011． [6] 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七十年代以后，基于電力電子技術(shù)的交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)取得了很大的發(fā)展。一方面，功率半導(dǎo)體器件的制造技術(shù)、基于電力電子電路的電力轉(zhuǎn)化技術(shù)以及微型計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)的全數(shù)字化控制技術(shù)的發(fā)展，使各種電力電子裝置的體積縮小、效率提高；另一方面，交流調(diào)速具有優(yōu)良的調(diào)速、啟動(dòng)、制動(dòng)性能，較高的效率、功率因數(shù)和顯著節(jié)能的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防軍事裝備等領(lǐng)域，并且占據(jù)了主導(dǎo)地位。 隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時(shí)礦用電機(jī)車作為礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)的主要運(yùn)輸設(shè)備，其可靠性和節(jié)能性在某種程度上對(duì)礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)效率起著關(guān)鍵性作用。目前，我國(guó)礦機(jī)車的牽引源主要是直流傳動(dòng)。由于直流電動(dòng)機(jī)造價(jià)高、可靠性低、換向器易磨損，維修周期長(zhǎng)，而且，啟動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速系統(tǒng)均采用直流電阻直接控制，能耗大。 長(zhǎng)期以來(lái)，工礦電機(jī)車內(nèi)都存在這許多問(wèn)題。例如：網(wǎng)壓波動(dòng)范圍一直持續(xù)比較大；直流電源的質(zhì)量不斷下降；不斷自動(dòng)啟動(dòng)暫停；頻繁掉電；以及交流變頻技術(shù)人才的缺失等等。這直接導(dǎo)致了牽引電氣設(shè)備分會(huì)所屬的企業(yè)減少了對(duì)產(chǎn)品技術(shù)開(kāi)發(fā)的投入，從而使十分適應(yīng)工礦電機(jī)車的專用變頻器一直處于不斷摸索的階段，而并沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的發(fā)展。面對(duì)我國(guó)煤炭、金屬等工礦事業(yè)的告訴發(fā)展，性能落后的直流傳動(dòng)技術(shù)，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足企業(yè)的需要。因此，將礦用電機(jī)車的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)改造為交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)勢(shì)在必行。 本課題研究的目的在于將最新交流電傳動(dòng)技術(shù)引入我國(guó)工礦電機(jī)車電氣系統(tǒng)，完成由 直流傳動(dòng)向交流傳動(dòng)轉(zhuǎn)換的任務(wù)，從而盡快趕上與發(fā)達(dá)國(guó)家在牽引電氣設(shè)備行業(yè)的水平。本文研究了一種直流架線式工礦電機(jī)車電氣控制系統(tǒng)，通過(guò)采用交流變頻調(diào)速電傳動(dòng)技術(shù)，以脈寬調(diào)制(PWM)為理論基礎(chǔ)，采用IGBT功率模塊作為開(kāi)關(guān)元件，組成直一交電壓型逆變器，采用三相高精度PWM波產(chǎn)生器SA4828與單片機(jī)構(gòu)成控制電路，將直流電逆變成三相交流電，供給交流牽引電動(dòng)機(jī)用以驅(qū)動(dòng)軌道維護(hù)機(jī)車。重點(diǎn)介紹了牽引工礦電機(jī)車的電氣原理及電氣控制功能，闡明了該種電機(jī)車電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、工作原理、硬件構(gòu)成，進(jìn)行了技術(shù)參數(shù)的計(jì)算、元件選擇等，完成了電機(jī)車電氣控制功能的電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并開(kāi)發(fā)投入到實(shí)際生產(chǎn)中，運(yùn)行效果良好。 二、課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望 隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，對(duì)于工礦電機(jī)車的設(shè)計(jì)要求越來(lái)越高，工礦電機(jī)車等礦用運(yùn)輸機(jī)車在我國(guó)廣泛使用，直流傳動(dòng)技術(shù)則一直應(yīng)用于它們的電氣系統(tǒng)中，這種技術(shù)目前已經(jīng)不能用于礦產(chǎn)產(chǎn)品的生產(chǎn)中，因?yàn)榭蘸凶舆@些設(shè)備的方式不夠先進(jìn)，所以會(huì)導(dǎo)致很多安全問(wèn)題的產(chǎn)生并且會(huì)加大運(yùn)輸成本。 架線路不平穩(wěn)以及受電器的跳動(dòng)頻率較高是電網(wǎng)的電壓不穩(wěn)定造成的，另外，回饋線電阻的增大是鐵軌造成的，而且，運(yùn)輸途中，很多地區(qū)都沒(méi)有電，車斗很容易受到撞擊。最后，離變電站越遠(yuǎn)，電壓越低。所以，就目前而言，我國(guó)工礦電機(jī)車的應(yīng)用環(huán)境較差，而對(duì)直流工礦電機(jī)車的應(yīng)用環(huán)境較差，而對(duì)直流工礦電機(jī)車的需求量越來(lái)越多，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，國(guó)內(nèi)企業(yè)一定要加快步伐，為礦業(yè)運(yùn)輸行業(yè)造福。 變頻調(diào)速技術(shù)在牽引電機(jī)車行業(yè)屬于基礎(chǔ)技術(shù)，變頻系統(tǒng)的節(jié)能性能能夠促進(jìn)整個(gè)行業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)也為人們的生活提供了間接的便利條件。總之，直流工礦電機(jī)車盡可能采用普遍的成熟的技術(shù)，可以保證電機(jī)車可靠安全運(yùn)行，取得良好的效果。 交流變頻技術(shù)在三十噸工礦電機(jī)車上應(yīng)用的成功，讓電機(jī)車有了零速平滑啟動(dòng)，調(diào)速均勻，無(wú)沖擊等特點(diǎn)。隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的告訴發(fā)展以及采掘機(jī)械化的飛速具有發(fā)展，在當(dāng)今能源極其緊張的社會(huì)中，交流變頻技術(shù)在30噸以下噸位工礦電機(jī)車的成功應(yīng)用意義深遠(yuǎn)。 國(guó)外工礦電機(jī)車的應(yīng)用現(xiàn)狀：目前，在工礦電機(jī)車開(kāi)發(fā)研究及產(chǎn)業(yè)化方面，美國(guó)、日本、德國(guó)處于領(lǐng)先地位，這些國(guó)家的產(chǎn)品在功率、容量、價(jià)格等方面各有各自的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)幾乎占據(jù)了整個(gè)牽引電機(jī)車市場(chǎng)。近年來(lái)，國(guó)外在工礦電機(jī)電氣系統(tǒng)上已廣泛采用交流電傳動(dòng)技術(shù)，其研究和開(kāi)發(fā)水平日趨成熟，目前這一技術(shù)廣泛用于工業(yè)、煤炭、冶金、礦山等行業(yè)的運(yùn)輸牽引系統(tǒng)，而且核心部件電子功率元件已從晶閘管發(fā)展到TO，IGBT以及IPM智能功率模塊等第三代產(chǎn)品；基于電氣系統(tǒng)控制技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域已擴(kuò)展到城市快速軌道運(yùn)輸系統(tǒng)等，從而使交流電傳動(dòng)電氣控制系統(tǒng)在軌道牽引上實(shí)現(xiàn)了全面普及。 國(guó)內(nèi)工礦電機(jī)車的應(yīng)用現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)牽引用電機(jī)車運(yùn)行環(huán)境通常比較惡劣，～是電網(wǎng)電壓波動(dòng)大，架線線路高低不平，致使受電器跳動(dòng)頻繁；二是鐵軌鋪設(shè)不是很平整，鐵軌的連接塊質(zhì)量欠佳，使得回饋線電阻增大；三是遠(yuǎn)離變電站的地方電壓偏低，最低處甚至不到額定值的60％；四是無(wú)電區(qū)多，車斗的連接簡(jiǎn)單，碰撞沖擊大。出于工作的特 殊環(huán)境，尤其是井下的窄軌道運(yùn)輸，使電機(jī)奪．的啟動(dòng)、制動(dòng)頻繁，而且經(jīng)常超載，這些都對(duì)電機(jī)車的電氣系統(tǒng)提出了特殊的要求，即要求系統(tǒng)過(guò)載能力強(qiáng)，啟動(dòng)力矩大，系統(tǒng)響應(yīng)快，對(duì)瞬時(shí)跳弓斷電有自適應(yīng)能力。國(guó)內(nèi)工礦電機(jī)車電氣控制系統(tǒng)大部分采用直流傳動(dòng)技術(shù)，控制方式仍顯落后，近凡年電氣控制雖有改進(jìn)，采用了可控硅技術(shù)，但因其可靠性差使用效果不佳而未得到全面推廣，尤其在窄軌牽引運(yùn)輸領(lǐng)域交流電傳動(dòng)電氣控制技術(shù)的應(yīng)用更是貧乏。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)迫切需要一種技術(shù)含量高、電氣控制性能優(yōu)越的新型工礦電機(jī)車以滿足工業(yè)，煤炭、冶金、隧道工程建設(shè)、礦山等窄軌運(yùn)輸領(lǐng)域快速發(fā)展的需求。 綜上所述，國(guó)外窄軌工礦電機(jī)車及其配套電機(jī)、電控已具有較高技術(shù)水平，其值得關(guān)注的是其廣泛采用微機(jī)控制的交流傳動(dòng)技術(shù)所具有的特點(diǎn)，給窄軌類型交流傳動(dòng)礦用電機(jī)車賦予特有的生命力。而目前，我國(guó)窄軌工礦電機(jī)車仍處于供大于求的局面，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)十分激烈。國(guó)內(nèi)企業(yè)必須抓緊刨撅，打造著名品牌，打入國(guó)外市場(chǎng)，贏得一席之地。對(duì)于有條件的企業(yè)可預(yù)先作好技術(shù)貯備，一旦接到訂單就可采用模塊化結(jié)構(gòu)在較短時(shí)間內(nèi)組裝好，如期交貨。還可通過(guò)對(duì)舊車進(jìn)行技術(shù)改造等措施，來(lái)拓展國(guó)內(nèi)、國(guó)外兩個(gè)市場(chǎng)。 三、課題主要內(nèi)容和要求 1、掌握變頻器及工礦電機(jī)車電氣控制系統(tǒng)的基本原理。 2、確定總體方案，完成總體設(shè)計(jì)與論證。 3、進(jìn)行系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)及控制電路設(shè)計(jì)。 4、裝置的輸出非常便于調(diào)試和整定。 5、編制技術(shù)文件。 四、研究方法、步驟和措施： 1.研究方法 明確課題任務(wù)以及要求，收集相關(guān)的印刷機(jī)所需資料，掌握資料查詢方法，了解本課題的研究現(xiàn)狀，存在的問(wèn)題及研究的工程意義。查閱相關(guān)資料，自學(xué)相關(guān)的內(nèi)容，確定課題的總體方案，確定個(gè)人研究的重點(diǎn)，做好文獻(xiàn)綜述和開(kāi)題報(bào)告，掌握變頻器及工礦電機(jī)車電氣控制系統(tǒng)的基本原理，進(jìn)行系統(tǒng)主電路及控制電路的設(shè)計(jì)。 2.方案設(shè)計(jì)步驟 （1）首先通過(guò)網(wǎng)上、圖書(shū)館查找資料，進(jìn)行電氣系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)載重，功率，速度等，得出牽引曲線及牽引力的數(shù)據(jù)； （2）根據(jù)機(jī)車工作環(huán)境，由牽引力數(shù)據(jù)推算出牽引電動(dòng)機(jī)功率等參數(shù)，選擇電動(dòng)機(jī)； （3）進(jìn)而完成電氣系統(tǒng)核心部分——牽引變頻調(diào)速器的結(jié)構(gòu)、原理進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)及技術(shù)參數(shù)的計(jì)算及器件的選擇； （4）進(jìn)行電氣系統(tǒng)其他器件的計(jì)算及選擇，完成對(duì)電壓、電流等等參數(shù)的測(cè)試； （5）根據(jù)測(cè)試結(jié)果，進(jìn)行電氣主電路的設(shè)計(jì)； （6）根據(jù)變頻器的選擇及使用方法，進(jìn)行控制電路的設(shè)計(jì)； 3.具體措施 （1） 明確設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，收集設(shè)計(jì)資料，查閱有關(guān)文獻(xiàn)，了解本課題的研究現(xiàn)狀、存在問(wèn)題、實(shí)際意義和發(fā)展前景，撰寫(xiě)文獻(xiàn)綜述和開(kāi)題報(bào)告。開(kāi)題報(bào)告上傳到FTP； （2）將所收集方案對(duì)比，選擇并確定方案； （3）根據(jù)方案確定主系統(tǒng)圖； （4）根據(jù)主系統(tǒng)圖來(lái)做出控制電路； （5）將設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行仿真、調(diào)試和整定； （6）完成課題，編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告 指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 1．對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語(yǔ)： 2．對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見(jiàn)： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日