论文部分内容阅读
【摘 要】目前，在我国，矿井运输机车牵引动力一直都是在使用直流串激电动机，已经有十几年的历史了。作为矿井运输机车牵引动力已有几十年的历史。在此期间，一直是用“变阻调整”法作为控制电动机转速的主要方法当增大与电枢串联的电阻时，电动机转速降低，机车慢行；反之电动机的转速就增高，机车就快行。凡事有利有弊，这种方式虽然操作便捷，但是有好多不可避免的缺陷。第一，操作过程中，会浪费特别多的热能。第二，有时候电流过大，产生电弧，会将触头烧损，对人生安全会造成很大的伤害，危险系数一下提高好多。同时也消耗大量的色金属。最后一点，变阻调速为有级调速，而在这种过程中，机动车启动的时候，会产生非常大的冲击力和振动，这对平稳启动，有很大的影响，有时候，还会导致挂车时危险事故。
【关键词】变阻调速；脉冲调速
一、引言
2010年至2012年2年之间，我们逐步对全矿电机车改造，将原电阻调速改为脉冲调速。有一种直流电压控制装置，即脉冲调速。这种产品的安装，不能让直流电压的数值为零，必须调到一定数值。它可以应用在电机车牵引电机车控制回路上来调节电动车速度，这就是电机车脉冲调速。好多人，也称这种方式为斩波调速。
二、改造后的优势
（一）节能功能：与之前的相比，节能30%左右。
（二）启动平稳、启动力矩大：这个过程中，采用了无极调速方式。从启动开始到平稳的运转过程中，这个措施非常至关重要。因为它保护了机车机械的系统。在这期间，司机师傅可以依据自己的需求随便控制车的行驶速度，并且它的牵引力比原电阻调速机车大，工作效率还非常的大。
（三）温度保护：当温度达到一定的数值，即可以保护功率元件IGBT时，保护整个电路的动作，就可以有效的防治斩波器功率元件的损坏（备注：其容易受温度的影响而失去使用功能）
三、操作方法
（一）开车准备：将正、负极插销按极性插入插销连接器，接通蓄电池电源装置和调速箱的连线。仔细检查电源极性正确后，才能进行下一步操作。（若安装YBZ-1数字电量仪，通过观察电量仪是否显示，可判断电源极性是否正确，同时当电量仪上电量显示只有红色发光二极管点亮时，司机应及时停车对停车对蓄电池进行充电）
（二）确定行车方向，移动调速箱换向手柄，由于主回路未接通，操作换向手柄时触电是不带电电流切换的，为了做到无弧切换，调速手柄与换向手柄之间设有机械联锁。
换向手柄置于“向前”位：
主回路无弧接通牵引电动机定子和转子。
换向手柄置于“向后”位：
主回路无弧接通牵引电动机定子和转子。
（三）机车的启动、调速及全压运行
司机操作调速手柄从“0”位移至“全压”位（即从0°移到15°）。
“0”位（即从0°）时，调速手柄从“0”位移至“合闸”位（约转动到25°）主凸轮将触点闭合。
继续操作调速手柄由“合闸”位至“调速”位（约35°）时，给定器内微动开关接通，控制器驱动盒24V电源接通。
操作调速手柄由“调速”位继续向前移动至“全压”位时（35°至150°之间），调速手柄带动光电给定器轴转动，输出给定电压，随着加调速手柄的前移，加在电机上的端电压不断提高，直至“全压”位，机车速度达到最大。
（四）“全压”位返回“0”位
调速手柄由“全压”位退回“0”位时的工作过程相反，现将其过程分述如下；调速手柄从150°移到35°时，随着给定电压的降低，调速箱的输出电压由最大调节电压逐渐下降到最小调节电压，机车减速行驶。
调速手柄从35°移到25°时，微断开关，控制器驱动电路电源断开，斩波器停止动作，机车靠惯性运行。
调速手柄从25°移到“0”位时，则主回路断开，因为调速手柄在25°时，斩波器已停止工作（即关断）。
四、简单介绍一下脉冲调速中的实施原理：
如下图所示，GK是一个高速开关。当它按着一定的频率断开并且闭合时，就把电压U转变成为一系列脉冲电压加在电动机两端，这个时候，电动机两端的电压，应该等于其中所有的脉冲电压的平均值Up。设每次开关闭合的时间为t，闭合和断开的周期为T，则加在电动机两端的电压为：Up=tfU=U
其中=t/T为开关的导通率或接通比。改变导通率就可在电动机两端得到相应的平均电压值，从而调节电动机的转速，这就是脉冲调速的基本原理。
高速开关完成一次关、合过程为一个工作周期T，每产生一个脉冲电压的时间为脉冲宽度t，则电动机的端电压的平均值UP为
式中Ue——电源电压，V；
t——脉冲宽度（斩波器导通时间），s；
T——斩波器的工作周期，s；
f——脉冲频率，Hz；
UP——平均电压，V。
由上式可知，电动机的调速有以下三种方式：
（一）定频调宽：即改变脉冲的宽度t，而脉冲频率f不变，来改变加在电动机上直流平均电压UP值的调速方式。
（二）定宽调频：即改变脉冲频率f，或者说改变斩波器的工作周期T，脉冲宽度t不变，以此改变加在电动机上直流电压平均值UP的调速方式。
（三）调频、调宽：即脉冲宽度t和频率f同时改变，从而改变加在电动机上直流电压平均值UP的调速方式 。
我矿的电机车司控器中，IGBT起到了至关重要的作用。因为斩波器就应用了此开关器件。IGBT是由场效应管与大功率晶体管想结合的全控功率开关元件，它的开关频率很高，当栅极施加+15时器件导通，导通时压降为2V左右；当栅极施加0～-15V时器件关断。由于IGBT工作在开关状态，导通关断时消耗很小，所以调速状态下节能效果显著，可以保证99%以上的电能用于电机。
由于开关频率高（800HZ～2KHZ），实际电机的电流等效为直流电流，通过改变IGBT的导通、关断时间的比值（即调压比а=TON/T），这样，可以通过改变电压的平均值，然后实现电机的转速。这样，就可以达到机车调整速度的目的了。
为使机车能正常的工作，减少用户的损失，本系统加装了温度的保护装置。如何使斩波器停止工作，那就是铝散热底板温度达到一个数值的时候，才可以。而这个数字式82℃左右。这个过程，是用来保护功率开关元件的（开关元件易受温度的高低影响使用）。待它的温度降低或者恢复到最初的正常温度时，机车就马上可以回恢复工作了。
【关键词】变阻调速；脉冲调速
一、引言
2010年至2012年2年之间，我们逐步对全矿电机车改造，将原电阻调速改为脉冲调速。有一种直流电压控制装置，即脉冲调速。这种产品的安装，不能让直流电压的数值为零，必须调到一定数值。它可以应用在电机车牵引电机车控制回路上来调节电动车速度，这就是电机车脉冲调速。好多人，也称这种方式为斩波调速。
二、改造后的优势
（一）节能功能：与之前的相比，节能30%左右。
（二）启动平稳、启动力矩大：这个过程中，采用了无极调速方式。从启动开始到平稳的运转过程中，这个措施非常至关重要。因为它保护了机车机械的系统。在这期间，司机师傅可以依据自己的需求随便控制车的行驶速度，并且它的牵引力比原电阻调速机车大，工作效率还非常的大。
（三）温度保护：当温度达到一定的数值，即可以保护功率元件IGBT时，保护整个电路的动作，就可以有效的防治斩波器功率元件的损坏（备注：其容易受温度的影响而失去使用功能）
三、操作方法
（一）开车准备：将正、负极插销按极性插入插销连接器，接通蓄电池电源装置和调速箱的连线。仔细检查电源极性正确后，才能进行下一步操作。（若安装YBZ-1数字电量仪，通过观察电量仪是否显示，可判断电源极性是否正确，同时当电量仪上电量显示只有红色发光二极管点亮时，司机应及时停车对停车对蓄电池进行充电）
（二）确定行车方向，移动调速箱换向手柄，由于主回路未接通，操作换向手柄时触电是不带电电流切换的，为了做到无弧切换，调速手柄与换向手柄之间设有机械联锁。
换向手柄置于“向前”位：
主回路无弧接通牵引电动机定子和转子。
换向手柄置于“向后”位：
主回路无弧接通牵引电动机定子和转子。
（三）机车的启动、调速及全压运行
司机操作调速手柄从“0”位移至“全压”位（即从0°移到15°）。
“0”位（即从0°）时，调速手柄从“0”位移至“合闸”位（约转动到25°）主凸轮将触点闭合。
继续操作调速手柄由“合闸”位至“调速”位（约35°）时，给定器内微动开关接通，控制器驱动盒24V电源接通。
操作调速手柄由“调速”位继续向前移动至“全压”位时（35°至150°之间），调速手柄带动光电给定器轴转动，输出给定电压，随着加调速手柄的前移，加在电机上的端电压不断提高，直至“全压”位，机车速度达到最大。
（四）“全压”位返回“0”位
调速手柄由“全压”位退回“0”位时的工作过程相反，现将其过程分述如下；调速手柄从150°移到35°时，随着给定电压的降低，调速箱的输出电压由最大调节电压逐渐下降到最小调节电压，机车减速行驶。
调速手柄从35°移到25°时，微断开关，控制器驱动电路电源断开，斩波器停止动作，机车靠惯性运行。
调速手柄从25°移到“0”位时，则主回路断开，因为调速手柄在25°时，斩波器已停止工作（即关断）。
四、简单介绍一下脉冲调速中的实施原理：
如下图所示，GK是一个高速开关。当它按着一定的频率断开并且闭合时，就把电压U转变成为一系列脉冲电压加在电动机两端，这个时候，电动机两端的电压，应该等于其中所有的脉冲电压的平均值Up。设每次开关闭合的时间为t，闭合和断开的周期为T，则加在电动机两端的电压为：Up=tfU=U
其中=t/T为开关的导通率或接通比。改变导通率就可在电动机两端得到相应的平均电压值，从而调节电动机的转速，这就是脉冲调速的基本原理。
高速开关完成一次关、合过程为一个工作周期T，每产生一个脉冲电压的时间为脉冲宽度t，则电动机的端电压的平均值UP为
式中Ue——电源电压，V；
t——脉冲宽度（斩波器导通时间），s；
T——斩波器的工作周期，s；
f——脉冲频率，Hz；
UP——平均电压，V。
由上式可知，电动机的调速有以下三种方式：
（一）定频调宽：即改变脉冲的宽度t，而脉冲频率f不变，来改变加在电动机上直流平均电压UP值的调速方式。
（二）定宽调频：即改变脉冲频率f，或者说改变斩波器的工作周期T，脉冲宽度t不变，以此改变加在电动机上直流电压平均值UP的调速方式。
（三）调频、调宽：即脉冲宽度t和频率f同时改变，从而改变加在电动机上直流电压平均值UP的调速方式 。
我矿的电机车司控器中，IGBT起到了至关重要的作用。因为斩波器就应用了此开关器件。IGBT是由场效应管与大功率晶体管想结合的全控功率开关元件，它的开关频率很高，当栅极施加+15时器件导通，导通时压降为2V左右；当栅极施加0～-15V时器件关断。由于IGBT工作在开关状态，导通关断时消耗很小，所以调速状态下节能效果显著，可以保证99%以上的电能用于电机。
由于开关频率高（800HZ～2KHZ），实际电机的电流等效为直流电流，通过改变IGBT的导通、关断时间的比值（即调压比а=TON/T），这样，可以通过改变电压的平均值，然后实现电机的转速。这样，就可以达到机车调整速度的目的了。
为使机车能正常的工作，减少用户的损失，本系统加装了温度的保护装置。如何使斩波器停止工作，那就是铝散热底板温度达到一个数值的时候，才可以。而这个数字式82℃左右。这个过程，是用来保护功率开关元件的（开关元件易受温度的高低影响使用）。待它的温度降低或者恢复到最初的正常温度时，机车就马上可以回恢复工作了。