工矿架线窄轨机车交流传动系统控制器关键技术研究与设计.pdf

中山大学
硕士学位论文
工矿架线窄轨机车交流传动系统控制器关键技术研究与设计
姓名:曾庆淡
申请学位级别:硕士
专业:检测技术与自动化装置
指导教师:姜孝华
20090522
关键技术研究与设计/ⅫⅡ,姗【仿真平台,本文对转速闭环最大转矩转差工矿架线窄轨机车交流传动系统控制器摘要专业:检测技术与自动化装置硕士生:曾庆淡指导老师:姜孝华教授窄轨机车是铁路及隧道工程等的重要牵引动力设备。在电动牵引领域,由于交流异步电机具有可靠性高、维护方便、转速高以及节能效果明显等优点,已逐步取代直流电机。我国目前仍以直流驱动电力机车为主,交流电机牵引机车大多引进国外技术。因而研发具备自主产权、适应市场需求、节能环保的电力机车交流传动系统具有重要意义。本文在中国电器科学研究院的支持下,自主研究开发适用于工矿架线窄轨机车的交流传动控制系统。本文系统地分析了三相交流异步电机各种控制方法,结合电力机车对转矩的要求,创新性地提出最大转矩转差频率法,克服了传统转差频率法参数难以确定、、输出转矩低于最大值等缺点。同时,对重载转矩及直流母线电压进行补偿,提高了牵引性能和系统的可靠性。此外,基于频率法进行了仿真验证,结果表明该方法具有快速的响应特性和较好的转矩输出特性,且在测速误差较大的范围内仍能较快、较好地实现平稳牵引控制。在以上研究分析的基础上,本文利用靖咝约郾鹊膁芯片及其平台,完全自主开发了工矿架线电力机车交流传动系统控制器。该控制器除了实现最大转矩转差频率法外,还集成了电流、电压、温度等保护和补偿控制功能,设计了便于人机对话操作的外部控制端子。本文介绍了主要硬件电路,并详细分析了控制器软件主要功能程序的设计及实现。最后,本文对开发的控制器进行了大量的试验。包括实验室在线调试,以及将控制器应用于三相电机进行现场试验。结果表明本文研发的电力机车交流传动摘要
系统输出电流具有良好的正弦特性,加减速过程控制平稳,输出力矩大,能够满足机车的工矿要求,将进一步推广应用。关键词:电力机车,交流传动,最大转矩,转差频率Ⅱ
甌:.琱篗/:瓸琣甌瓸琲..,
甌篹贰猟甌甌.,琺,,甀
豸日期:。瓿г乱讂,:礁茫谎瑰胡原创性声明使用授权声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版,有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查阅,有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索,可以采用复印、缩印或其他方法保存学位论文。签师期Ⅲ琭:~●●.
、隧道工程等的重要牵引动力设备。目前,我国实际使用的机车有蒸汽机车、内燃机车和电力机车三种【。电力牵引因为运输能力大、节约能源、对环境无污染以及经济效益好等优点而逐渐取代其它牵引方式,有着广阔的发展前景T诘缌ηR矫妫绷鞯缍淙灰子诳刂疲捎诖嬖诨幌蚱鳎电机的维护带来不便,而且限制了电机的单机容量和最高转速。随着电力电子器件、微计算机技术和变频调速控制技术的发展,交流异步电机在拖动、牵引等领域已逐步取代直流电机。但目前,在我国工矿窄轨机车领域仍以直流电机牵引为主,对于少数的交流传动而言,其交流牵引设备的控制技术及变频设备大多来自于进口,成本较高。因而自主研发具有良好性能的机车交流传动控制系统具有自主产权的重大意义,同时具有巨大的经济效益和节能环保等社会价值。本课题是本实验室与中国电器科学研究院合作的横向课题。主要研究交流传动系统的转矩特性和控制方法,并开发适用于工矿情况的窄轨机车交流传动系统控制器。自主研发机车交流传动系统具有推进国内相关领域研究和实践的重大意义,同时也具有广阔的市场空间,经济效益高。机车,俗称火车头。它本身不装载营业负荷,主要作用是牵引或推送铁路车辆运行,是铁路、隧道工程的重要牵引设备。机车运行在铺设于地面的轨道上,轨道两钢轨间的距离称为轨距。按照国际铁路协会年制定的标准,标准轨距为啊U焓侵腹炀嘈∮诒曜脊炀嗟墓斓馈工矿架线窄轨机车主要用于采掘、隧道工程等方面。由于地理、气候等原因,我国煤炭资源存储量丰富,目前我国的能源结构以煤炭为主。据估计,煤在将来五十年内仍是我国能源的主力【薄T诿禾康牟删蚍矫妫哉旎档男枨笕曰保持稳定的发展。另外,在城市建设,如地铁工程等方面,窄轨机车也是重要的牵引设备,随着城市化进程