1、针对铁路提速的需要,开发交流电传动工程作业机车是相当必要的。该车设计要求应具有两种运行方式:即高速、长距离牵引运行状态和超低速稳定作业运行状态。目前国内使用的工程作业机车,一方面没有采用交流电传动,另一方面都不具备这种性能要求。
2、牵引电机的特性
从电机原理中已知,异步电动机典型的转矩——转速特性。电机转子在同步转速时,转矩为0;当转差率很小时,转矩随速度的减小,即转差率的增加,近乎直线变化。当转差率S为正时,为电动转矩;转差率为负时,为制动(发电)转矩。转差率为转差频率(转子电流的频率)与定子电流频率F1之比:
S=ΔF/F1(1)
异步电动机转子的旋转频率F2
工业电子中的内燃机车牵引变频调速控制系统设计是一个重要的技术领域,它涉及到铁路运输效率的提升和作业机车的性能优化。随着铁路速度需求的增加,开发具备交流电传动功能的工程作业机车变得至关重要。这类机车需要具备高速长距离牵引和超低速稳定作业两种运行模式,然而,目前国产的工程作业机车在这两方面存在不足。
牵引电机的特性是整个控制系统设计的基础。异步电动机的转矩与转速之间存在特定的关系。在同步转速下,电机转矩为零,而当转差率增大时,转矩会随着速度的降低而线性增加。转差率S是转差频率(转子电流频率ΔF)与定子电流频率F1的比率,即S=ΔF/F1。电机的旋转方向决定了电机是处于电动状态(S为正)还是制动状态(S为负)。通过精确控制转差率,可以实现电机转矩的精确调整。
变频器在牵引电机控制中起着核心作用。通过测量计算转子旋转频率F2,根据负载需求调整转矩,可以通过控制转差频率ΔF来确定定子电流频率F1。当F1>F2时,电机处于电动牵引状态;反之,当F2>F1时,电机进入发电制动状态。转差频率控制特性曲线可以作为设定转矩的参考,经过实验校正和现场调试,确保机车在各种工况下的高效运行。
牵引变频调速控制系统的特色体现在控制方式和工作模式上。转差频率控制能有效满足大惯性负载的启动和停车需求,同时提供转矩给定和转速转差闭环控制。双车并联工作模式适合重载和长大坡道的高速牵引,而单车独立工作模式则适用于低速稳定的作业运行。在双车并联模式中,控制系统根据实际转子频率F2和所需转矩调整F1,实现平滑的牵引力控制。而在单车独立模式下,转速转差闭环控制可以根据速度信号直接调整输出频率,提供更广泛的牵引特性曲线。
工业电子中的内燃机车牵引变频调速控制系统设计是一项综合电机理论、控制策略和应用需求的技术。通过精细的转矩和速度控制,可以实现工程作业机车在不同工况下的高性能运行,提高铁路作业的效率和安全性。这一领域的研究和发展对于推动我国铁路运输技术的进步具有重要意义。