煤矿牵引机车专用变频器
蓄电池式机车变频器
国家重点推广的节能技术产品之一:数控变频节能装置,在工业电机运行可靠性、稳定性及综合节能方面具有明显的效果。据相关统计数据显示,国内电机低效运行所损失的能耗平均在23%左右。目前电机节能主要考虑二个方面,一是提升电机效能,可通过提高功率因素,减小电源谐波,提高电源平衡品质。二是工况节能,通过追踪实际工况力矩并精确匹配达到节能。数控变频节能装置从上述二个方面全面综合为用户考虑,最大限度进行节能。按用户常规调速范围,其综合节能率达:20%-39%。并同时收益其它附加节能。
直流蓄電池式电机车目前广泛应用于矿山和冶金等行业的运输系统中。一直以来,没有对其进行较大的技术改进。存在的突出问题有:电阻调速方式落后、耗能高;直流牵引电动机故障率高、维护费用成本高;机械制动系统空行程时间长、操作不方便、制动效果差;为此,开发一种新型直流蓄電池电机车具有重要的现实意义。
1、变频装置
1.1 直/交变频技术原理
1.2 产品性能及功能特点
输入电压等级:DC=528V,
可接受范围:DC=400~600V。
输出电压范围:AC=0-400V,根据频率自动调整。
输出频率范围:0-400HZ,根据实际使用范围设定。
输出功率计算:根据两台110KW功率电流

叠加,并考虑电流冲击峰值,返算功率建议为:280KW(正常运行频率在50HZ以内,如长期高频运行,功率加大。)
运行控制模式:无感矢量控制模式,该模式比V/F控制曲线模式更具优势,特别是低速运行时力矩更大,并有自动转差补偿。
过转矩、过负载柔性调节,当出现过电流时,变频器自动降低频率,避免保护停车。
S型加减速功能,在加减速过程,避免冲击。
外配专用人机界面显示功能,功能齐全、文字清楚,尽显高档。
当出现异常后,只需按复位按钮,即可再启动运行。
转速追踪功能:当运行中的机车由于各种原因停机后,机车由于惯性仍在行进中,如果再启动变频器,变频器将自动追踪现在实际转速并输出相应频率。
再生能源自动回馈:当机车正常行进时,电池组向变频器供电,当机车由于紧急制动或下坡时,将生产再生能源,此时变频器向电池组充电,并根据电池组所能承受的最高电压进行限制。(推荐最高充电电压:620VDC,可通过设置改变)
电池组电压外部检测报警,但不影响变频器正常工作。(变频器最低工作电压要求:400VDC)
输入电压调速性能好。通过变频(0~50 Hz) 调节,实现了真正意义上的无极变速。逫低速性能好。在低速(频) 运行时,其牵引力是原方式的1. 25 倍,特别是在重载启动时,运行速度既均匀又准确。
牵引电动机价格大大降低。1 台22kW直流电动机价格为1. 7 万元,而1 台30 kW 交流电动机仅2 000 元。
制动效果好,操作方便。由于制动力矩大,制动空行程时间短,因此制动效果明显提高。
二级齿轮减速器体积小,齿轮箱密封和润滑性能好,齿轮使用寿命长。
适应性强,对现有供电网络不必进行任何改造。
变频调速为无触点控制,交流电动机结构简单,因此故障率显著降低,每年每台机车可节约维修费用2 万元。
1.3 技术参数及执行标准
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3相电源输入380—440VAC
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电机额定容量
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变频器型号
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电机额定容量
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变频器型号
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功率KW
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电流A
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功率KW
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电流A
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15
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32
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AM300-015T3
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93
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176
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AM300-090T3
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18.5
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37
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AM300-018T3
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110
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210
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AM300-110T3
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22
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45
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AM300-022T3
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132
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253
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AM300-132T3
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30
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60
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AM300-030T3
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160
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304
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AM300-160T3
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37
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80
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AM300-037T3
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200
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380
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AM300-200T3
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45
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90
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AM300-045T3
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220
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410
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AM300-220T3
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55
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128
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AM300-055T3
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245
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426
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AM300-245T3
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75
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165
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AM300-075T3
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280
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540
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AM300-280T3
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供电电源: AC=380-440VA±15% 50HZ ;DC=400~600V
运行环境温度:-40度--40 度
储存环境温度:-40度--70度
相对湿度:<95%(不结露)
海拨高度:最高3500米
启动电流: < 额定电流
软启动时间:0.1秒至3600秒,任意设置。
软停机时间:0.1秒至3600秒,任意设置。
故障检测保护:过流、过载、断路、缺相
防护等级:IP34
执行标准:GB7251.1-1997; IEC439-1:1992
GB/T14048.1-2000;IEC947-1:1999
设计思路及工作原理
2.1 电机车变频调速原理
从图1 中可以看出, 将架线直流电源经隔离整流管、限波制动、平滑滤波后接到专用变频调速器(内置宽幅开关电源),变频调速器并行驱动二台电机,总额电流485A。隔离整流管前是宽幅开关电源,用于司机操作箱及对变频进行SVC的控制,司机通过手动操作控制器,以控制变频器SVC矢量模式,从而使机车可根据需要进行快速、慢速、前进、后退、停车等常规操作。逆变控制器将所需工作信号输出给功率输出组件,即IGBT大功率管,经IGBT大功率组件输出 1 组频率可变、电压可调的交流电源,供机车驱动电机工作。
SVC 矢量控制模式是此变频调速装置的关键,其核心是将电流总量进行分解成多个分量,从而控制其中一个力矩电流分量,达到矢量控制的目的。配置系统将架线直流电变成频率、电压可调的交流电,使电动机获得无级调速所需的电压、电流和频率。变频调速装置采用的电压控制,在设计时采用了较大容量的电容滤波,因而直流回路中的电压波形比较平直,输出阻抗很小,电压不易突变,相当于直流恒压源。在主控制器方面,载频信号Uc 与参考信号Ur及倒相信号相比较,产生变频器大功率管的基极驱动信号。输出电压高低和频率均由参考电压Ur 来控制,当改变Ur 的幅值时,脉宽随之改变;当改变Ur 的频率时,输出电压频率同时也改变,从而实现无极变频调速。
上述技术方案,有很多成功的案例,不仅达到直接节能的效果,同时收获其它附加效果,如电机温度降低,启动过程无冲击,减少机械磨损等,不仅提高了设备的使用寿命,同时通过减少维护量达到间接节省的目的。
电机车变频器的系统配置
控制部分:采用SVC矢量控制变频调速技术对机车进行调速,将架线直流电变为交流电,为交流电动机提供动力源。SVC矢量控制专用变频一体机。
制动单元:内置制动单元,外接制动电阻:4欧、>5KW。
驱动部分: 2台三相交流电动机并联运行:380V、110kW。
传动部分:采用二级封闭式齿轮变速箱。