【文章內(nèi)容簡介】 其中還有白熾燈顯示其是否在工作；逆變后使用TATA2和TA3的電流傳感器分別對其每相進(jìn)行電流檢測，同時使用電壓傳感器TV2和TV3并聯(lián)三相中的任意兩相進(jìn)行電壓檢測都反饋到DSP進(jìn)行控制，達(dá)到電壓電流的閉環(huán)控制，其中也包括模擬電壓電流表進(jìn)行測量和顯示；電動機(jī)的測速檢測，使用測速發(fā)電機(jī)TG對三相異步電動機(jī)的速度進(jìn)行檢測，將其檢測值反饋給DSP進(jìn)行控制，達(dá)到轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。 主電路的器件選型及參數(shù)計算（1）斷路器，其中QF為快速斷路器，由于電路剛開始接入的是市電220V/50Hz，而對于選擇快速熔斷器熔體的額定電流時快速熔斷器熔體的額定電流是以有效值表示的，而硅整流元件的額定電流卻是用平均值來表示的。則熔體額定電流可用下式（）選擇： （）式中：為可能使用的最大整流電流；是與整流電路的形式及導(dǎo)電情況有關(guān)的系數(shù)，而對于保護(hù)三相全波硅整流元件。而對于額定電壓的選取，首先快速熔斷器在分?jǐn)嚯娏鞯乃查g，～2倍。因此硅整流元件或晶閘管的反向峰值電壓必須大于此電壓值才能安全工作，即由下式（）可知： ()式中：是硅整流元件或晶閘管的反向峰值電壓；是快速熔斷器額定電壓；是安全系數(shù)，～[14]。所以通過上面的公式計算，得≥160A, 為560V～750V，通過比較選用南京法思特科技有限公司的CR6L200型號快速熔斷器，其中該快速熔斷器的額定電壓為600V，額定電流為200A，并且性能良好，壽命久等特點。（2）交流接觸器，其中KM為交流接觸器的主觸點，根據(jù)以下基本原則來選取接觸器：①接觸器的額定電壓應(yīng)大于或等于負(fù)載額定電壓。②接觸器的勵磁線圈額定電壓種類與大小相等。③接觸器主、輔觸點數(shù)應(yīng)能滿足被控電路的需要。通過以上器件選取的基本原則，系統(tǒng)中采用美譽(yù)公司的CJX2系列交流接觸器，該器件適用于交流50Hz或60Hz，電壓至690V、電流至195A的電路中，供遠(yuǎn)距離接通與分?jǐn)嚯娐芳邦l繁起動、控制交流電動機(jī)，接觸器還可加裝積木式輔助觸頭組、空氣延時頭、機(jī)械聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)等附件，組成延時接觸器、可逆接觸器、星三角起動器，并且可以和熱繼電器直接插接安裝組成電起動器。（3）熱繼電器，其中FR為熱繼電器，選用時熱繼電器的額定電流原則上應(yīng)按電動機(jī)的額定電流選擇。但對于過載能力較差的電動機(jī)，其配用的熱繼電器的額定電流應(yīng)適當(dāng)小些，而電動輪自卸車電機(jī)的過載能力較強(qiáng)，所以按照前者要求設(shè)計，通常選取熱繼電器的額定電流（實際上是選取熱元件的額定電流）為電動機(jī)額定電流的60%～80%。而電動機(jī)的額定電流為217A,涌過比較系統(tǒng)中采用貝恩斯特電氣公司的LR2D3363C型號，該器件正常工作的環(huán)境溫度25～+55℃工作極限的環(huán)境溫度40～+70℃額定絕緣電壓690V?！?40A。高標(biāo)準(zhǔn)符合IEC6094741,可以在濕熱的環(huán)境中使用。功能齊全具有過載與缺相保護(hù)功能；具有手動/自動復(fù)位按鈕；具有測試按鈕；具有停止按鈕。適合于電動機(jī)的過載，缺相保護(hù)。（4）電壓傳感器，其中TV1和TV2為電壓傳感器，系統(tǒng)中采用保定市霍爾電子有限公司的HEC200A1產(chǎn)品，該器件的性能特性為：額定輸出電流 200A，輸出電壓：4V、5V，絕緣電壓：3KV AC 50Hz使用溫度：10℃～+80℃，貯存溫度：25℃～+85℃。可用于測量直流、交流及脈沖電流，原、副邊之間高度絕緣。（5）電流傳感器，其中TA1和TA2為電流傳感器，通過比較系統(tǒng)選用了北京世特美測控技術(shù)有限公司的SE1T霍爾閉環(huán)電量電流傳感器，其特性有：額定輸出：100mA，額定輸入：200A，直流12V、15V供電。該型號電流傳感器適用AC，DC，脈沖等復(fù)雜電流信號的隔離轉(zhuǎn)換，廣泛應(yīng)用于變頻器，UPS，伺服控制等系統(tǒng)電流信號的采集和反饋控制，響應(yīng)時間快，抗干擾能力強(qiáng)。（6）電動機(jī)，對于電力拖動系統(tǒng)電動機(jī)的選擇，首先的是在各種工作制下電動機(jī)功率的選擇，同時還要確定電動機(jī)種類、型式、額定電壓與額定轉(zhuǎn)速。正確選擇電動機(jī)功率的原則，應(yīng)當(dāng)是在電動機(jī)能夠勝任生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載要求的前提下，最經(jīng)濟(jì)最合理地決定電動機(jī)功率。其中決定電動機(jī)功率的三個因素是電動機(jī)的發(fā)熱、允許過載能力與起動能力，一般情況下，以發(fā)熱問題最為重要[15]。選擇電動機(jī)功率時，除考慮發(fā)熱外，有時還要考慮電動機(jī)的過載能力是否足夠，因為各種電動機(jī)的短時過載能力都是有限的。校驗電動機(jī)的過載可按下列條件： ()式中—電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩允許過載倍數(shù)； —電動機(jī)在工作中承受的最大轉(zhuǎn)矩。對于異步電動機(jī)，取決于,其關(guān)系為 =(～) ()式中 —異步電動機(jī)臨界轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩TN的比值，=/?！紤]電網(wǎng)電壓下降引起及下降的系數(shù)。對于直流電動機(jī)，過載能力受換向所允許的最大電流值的限制。一般Z2型與Z型直流電動機(jī)，在額定磁通下，可選為 =～2 （）對于專為起重機(jī)、軋鋼機(jī)、冶金輔助機(jī)械等設(shè)計的ZZ型和ZZY型電動機(jī)，以及同步電動機(jī)，為 =～3 （）當(dāng)過載校驗不能通過時，則另選過載能力較大的電動機(jī)或選功率較大的電動機(jī)，來滿足過載條件的要求。因此電動輪自卸車所使用的驅(qū)動電動機(jī)為湘潭電機(jī)廠跟電動輪自卸車配套的交流變頻牽引電機(jī)，型號為YQ75產(chǎn)品，該礦用交流變頻電動機(jī)的性能參數(shù)有：定額： S260min，額定電流：217 A 　 額定功率：75kW ，額定電壓：225 V ， 　 額定轉(zhuǎn)速：1000 rpm ，額定頻率：51 Hz ，最高轉(zhuǎn)速：2260 rpm 　 功率因素：cosφ＝ ，效率：92％ ，絕緣等級：F 　 防護(hù)等級：IP44 ，適用電機(jī)車：CJY20／GR型架線式礦用電機(jī)車。（7）測速電機(jī)，TG為測速電機(jī)，系統(tǒng)采用杰韋弗公司的永久勵磁型的測速電機(jī)TYP型號，該測速電機(jī)符合IEC國際標(biāo)準(zhǔn)，并且簡單可靠。TYP系列永磁同步變頻電動機(jī)與普通異步變頻電動機(jī)不同 即一旦頻率固定，轉(zhuǎn)速即隨頻率而恒定不變，電機(jī)轉(zhuǎn)速與電源的輸出頻率保持嚴(yán)格的同步關(guān)系，在額定輸出范圍內(nèi)，負(fù)載的變化不會影響轉(zhuǎn)速的恒定性能，變頻器可精確指示電機(jī)的轉(zhuǎn)速，也不需要光電編碼器進(jìn)行轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，如果附加位置傳感器可對電機(jī)的轉(zhuǎn)向位置進(jìn)行嚴(yán)格的定位控制。（8）整流電路，其中VD1～VD6為六個二極管組成了三相全橋不可控整流電路。系統(tǒng)中采用上海晶燦公司的MDS 200A 1600V三相全橋不可控整流器，該器件的常見性能指針有:反向重復(fù)峰值電壓，1600V。正向峰值電壓。正向平均電流200A 三相交流電通過整流器后輸出的電壓為:220v = ，以此作為電壓源逆變器的母線電壓輸入[16]。( 9) IGBT全橋逆變電路，V1～V6為六個IGBT組成的全橋結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)中使用的電壓源逆變器。功率器件IGBT選用的是BSM200GB120DN2，根據(jù)該器件的有關(guān)參數(shù)曲線，取正常的死區(qū)延時時間為8 us。 ( 10) IGBT驅(qū)動電路本裝置中選擇Concept公司的2sd315A芯片作為IGBT的驅(qū)動器件。，該芯片中實際含有下圖所示的兩個完全一樣的結(jié)構(gòu)。因此，1個2sd315芯片完全可以用來作為上下橋臂中1對IGBT的驅(qū)動。LDIGNDIGDIGDViso1Viso2PWMcaculatorVDCGNDVDDDDViso1Viso2輔助電源和信號輸入電氣隔離輔助電源輸出和驅(qū)動輸出外部器件 2sd315A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2sd315A芯片主要有以下幾個優(yōu)點:①只需簡單調(diào)整MOD腳，就可使該電路在半橋模式或直接模式下運(yùn)行。②該驅(qū)動模塊的接口非常簡單，能處理所有從5V～，它對輸入端信號無特殊的邊沿陡度要求，而且狀態(tài)回饋輸出端設(shè)計為集電極開路，因此，該電路可以適應(yīng)任何電平邏輯。③由于采用雙極性的驅(qū)動電壓（15V），使得任何廠家的各種級別的IGBT模塊都可安全運(yùn)行。負(fù)偏置的使用使得電路的抗干擾能力大大增強(qiáng)，這樣就很容易實現(xiàn)IGBT模塊的并聯(lián)。④內(nèi)部電壓隔離使得即使是多個驅(qū)動模塊，也可以共享一個驅(qū)動電源，這不但省去了人力和資金，而且電磁干擾程度也大大降低。⑤過流保護(hù)能準(zhǔn)確無誤的動作，且簡單易調(diào)，同時具有欠壓保護(hù)功能，并采取與過流保護(hù)同樣的措施。 制動電路設(shè)計隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，交流變頻調(diào)速技術(shù)日益顯現(xiàn)出優(yōu)異的控制和調(diào)速性能，加上其高效率、易維護(hù)的特點，使其在機(jī)械設(shè)備的調(diào)速領(lǐng)域中應(yīng)用日益廣泛。隨之而來的制動問題越來越受到人們的關(guān)注，在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，異步電機(jī)的減速或停止是通過逐漸降低變頻器的輸出頻率來實現(xiàn)的，隨著變頻器輸出頻率的降低，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速降低，但是由于機(jī)械慣性的存在，電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不會突變。當(dāng)同步轉(zhuǎn)速小于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時，電機(jī)便處于再生發(fā)電狀態(tài)，從而產(chǎn)生反饋電流。 變頻器再生運(yùn)行，當(dāng)其運(yùn)行在II , IV象限時，其轉(zhuǎn)矩方向與旋轉(zhuǎn)方向相反，為再生運(yùn)轉(zhuǎn)[17]。由于通用變頻器前級多采用不可控二極管整流，逆向功率流流向電網(wǎng)的通道被阻斷，少量的再生能量在電動機(jī)和變頻器中消耗掉，大多數(shù)能量會儲存到電力電容器中，導(dǎo)致直流環(huán)節(jié)泵升電壓UDC持續(xù)升高，若不采取措施，勢必會造成變頻器過電壓保護(hù)動作或者主電路器件因過壓擊穿或燒毀，因此大量的再生能量就必須另尋出路。再生能耗制動單元配合制動電阻可以很好地實現(xiàn)對能量的消耗，達(dá)到變頻器制動的日的。這種方法具有結(jié)構(gòu)簡單，制動方便的特點。 變頻器再生運(yùn)行狀態(tài) 能耗制動工作方式能耗制動是利用制動電阻將再生能量轉(zhuǎn)換為熱量消耗掉的制動方式，制動電阻連接在制動回路上，能量流動的路徑是:機(jī)械設(shè)備的機(jī)械能一電動機(jī)發(fā)電電能一逆變器一直流回路一制動電阻一熱能[18]。 示。 能耗制動單元接線原理其中的制動電阻與絕緣門雙極晶體管IGBT組成的制動單元串聯(lián)連接，然后并聯(lián)在直流回路上。這是一種處理再生能量最直接的辦法，它是將再生能量通過專門的能耗制動電路消耗在電阻上，轉(zhuǎn)化為熱能。制動單元控制目標(biāo)，使直流電壓在允許的范圍內(nèi)波動。當(dāng)再生發(fā)電制動運(yùn)行時，回饋到直流回路的電能積累在電容器內(nèi)，導(dǎo)致電容器端直流電壓上升，再生發(fā)電功率越大，電壓上升速度越快，即上升斜率越大。當(dāng)直流電壓上升到制動運(yùn)行時的電壓上限UDH時，制動單元的控制電路使制動開關(guān)器件Q1導(dǎo)通，電阻被并聯(lián)在直流回路上，開始工作。當(dāng)直流電壓下降到制動運(yùn)行電壓下限UDL時，制動單元控制電路使`Q1截止，同時電阻被截止能耗制動電路的設(shè)計涉及制動電阻阻值、功率、控制方式等幾個方而的分析與確定。制動電阻阻值一方而關(guān)系到最大制動能力的問題，另一方而涉及到逆變器瞬間電流大小的問題。因此，制動電阻是制動單元的重要參數(shù)。制動單元的控制方式則涉及是否能夠有效地控制和實現(xiàn)控制過程的問題。 制動電阻的計算(1)制動電阻最小值 制動單元由制動電阻和制動功率管組成，構(gòu)成的制動回路中，其最大電流受功率管Q1最大電流的限制，最小制動電阻: ()一制動運(yùn)行時，直流電壓下限值一制動控制功率管最大工作電流(2)制動電阻最大值①根據(jù)變頻器額定電流計算 再生發(fā)電能量流回直流回路時，是通過逆變器的。電阻上流過的瞬間電流，一部分來自逆變器，一部分來自電容器，因此，通過逆變器的電流必然不大于電阻中流過的電流。若電阻上的瞬間電流不超過變頻器的額定電流，那么對于變頻器來說，肯定是安全的。電阻上的瞬間電流在直流電壓處于上限時最大，按照歐姆定律得，制動電阻最大值: （）一制動運(yùn)行時，直流電壓上限值一變頻器額定電流②根據(jù)制動轉(zhuǎn)矩計算制動轉(zhuǎn)矩，可以根據(jù)下式計算[19,20], () 一制動轉(zhuǎn)矩(Nm) 一負(fù)載轉(zhuǎn)矩(Nm)一電機(jī)的飛輪轉(zhuǎn)矩+換算到電機(jī)軸上的飛輪轉(zhuǎn)矩(Nm),即一減速前的轉(zhuǎn)速(r/min)一減速后的轉(zhuǎn)速(r/min)一減速時間 在進(jìn)行電機(jī)制動時，電機(jī)內(nèi)部存在一定的損耗，約為額定轉(zhuǎn)矩的18 %～22%，則不需要外接制動裝置。制動電阻可以由下式計算推出: （）一制動轉(zhuǎn)矩(Nm)一電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩(Nm)一直流回路電壓(V)一減速前的轉(zhuǎn)速(r/min)比較和，取其中的較小值作為。當(dāng)選擇制動電阻時，阻值在和之間進(jìn)行選取，即: 。(3)制動電阻功率計算制動電阻的工況屬于短時工作，即每次通電時間都很短，在通電時間內(nèi)，其溫升遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到穩(wěn)定溫升，而在每次斷電以后的停歇時間又較長，其溫度可以降至與周圍環(huán)境溫度相同。因此，制動電阻的標(biāo)稱功率可以大大小于通電時消耗功率，一般用下式計算: ()式中為選用系數(shù)。通常可取03～05。第五章 系統(tǒng)控