煤礦直流架線電機車仿真分析

王新鵬　劉偉韜　劉曉磊　劉　晉　楊　倩

摘要：本文對煤礦直流架線電機車進行了仿真，并給出了仿真結(jié)果。

關(guān)鍵詞：煤礦 直流架線電機車 仿真

0 引言

煤礦直流架線式電機車額定電壓一般采用550伏。運力較小、運距較短時，可采用250伏，地面長距離運煤時，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較，也可采用750伏。仿真采用ZQ-24型電機，其額定電壓為550V，工作于小時制，額定電流50.5A，額定轉(zhuǎn)矩39Kg*m，額定轉(zhuǎn)速600rpm。

1 直流電源的獲取

交流電能要以直流電能的形式提供給架線電機車，整流是必須的技術(shù)環(huán)節(jié)。晶閘管、二極管整流器由于功率因數(shù)低，諧波污染嚴(yán)重，已經(jīng)不適于在大功率場合的直接應(yīng)用。PWM整流器可以在滿足直流負(fù)載正常工作的同時使交流側(cè)的功率因數(shù)為1。如果直流側(cè)負(fù)載需要改變電壓，如直流電機的變壓調(diào)速等場合，可以用斬波器將PWM整流器的直流側(cè)電壓變成需要的負(fù)載所需的電壓。在本論文的仿真中，假設(shè)PWM整流器的直流側(cè)電壓可以保持穩(wěn)定，以至于可以用一個直流電壓源來代替。

2 起動電阻的選擇

串電阻起動的目的就是減小起動時的電流沖擊。起動時，電機轉(zhuǎn)速為0，電樞反電動勢還沒有建立，需要在電樞回路中串聯(lián)一定阻值的電阻，起到分壓作用，從而減小電樞電流。所串電阻大小要滿足起動電流的要求。選取最大起動電阻為7Ω。如果忽略電樞和勵磁電阻，則起動電流為550/7=78.6A，不到額定電流的2倍，是基本可以承受的。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計

仿真采用ZK7-10的起動控制方法，即雙電機先是串聯(lián)，串電阻起動，再變換成并聯(lián)。在起動控制中一個關(guān)鍵的問題是控制時間的確定。雖然是順序控制，可是相鄰狀態(tài)之間的時間間隔都需要合理設(shè)計。仿真中所用的狀態(tài)時間值都是根據(jù)減小電樞電流和縮短電機起動時間的原則設(shè)計的。使用升壓型斬波器改變電機電壓，形成調(diào)壓控制。為了是電機轉(zhuǎn)速能夠跟隨給定，對電機轉(zhuǎn)速采用閉環(huán)控制，控制變量為斬波器的開關(guān)占空比。

4 仿真結(jié)果

仿真采用串電阻起動的方法，設(shè)計起動時間為2秒。2秒之后進行調(diào)速，調(diào)速過程中負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生階躍變化。仿真主要觀察電機轉(zhuǎn)速和電樞電流變化情況。

4.1 電機轉(zhuǎn)速波形（見圖一） 0~2s是電機的起動階段。2s之后對電機進行調(diào)速，可以看出轉(zhuǎn)速可以很好的跟蹤給定值。5s時電機能耗制動，轉(zhuǎn)速也直線下降到0。另一個值得注意的是，兩個直流電機的轉(zhuǎn)速基本相同，其大部分時間是重合的，只是在0.8s時有一點差異，這是因為此時其中一個電機被短路掉了。兩電機轉(zhuǎn)速相同的條件是他們的參數(shù)完全相同。

4.2 電樞電流波形（見圖二、圖三） 由電流及轉(zhuǎn)矩波形顯示，起動電流限制在70A以內(nèi)。3~3.5s時間內(nèi)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的階躍變化使電機的電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩也發(fā)生相應(yīng)的階躍變化，以適應(yīng)負(fù)載。對比轉(zhuǎn)速波形和電流波形可以明顯看出，由于采用速度閉環(huán)調(diào)節(jié)，當(dāng)負(fù)載發(fā)生擾動時，系統(tǒng)自動通過調(diào)壓的方式使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在給定值，而不會因為負(fù)載的變化而變化。