張洵

摘 要 傳統(tǒng)的礦山牽引電機(jī)車采用的是直流調(diào)阻調(diào)速和直流斬波調(diào)速，其特點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了目前礦山開采的需求，根據(jù)我國(guó)礦山開采的實(shí)際情況，礦山牽引電機(jī)車控制系統(tǒng)應(yīng)該具備一定特點(diǎn)，如較強(qiáng)的穩(wěn)定性、超強(qiáng)的載荷能力等，文章就如何改進(jìn)牽引電機(jī)車控制系統(tǒng)，節(jié)約能源，降低損耗，加強(qiáng)電機(jī)牽引性能進(jìn)行深入的探討和研究。

關(guān)鍵詞 牽引電機(jī)車；控制系統(tǒng)；矢量；建模；仿真；節(jié)能

中圖分類號(hào)：TD6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）06-0061-01

我國(guó)是世界人口大國(guó)，能源消耗量巨大，而煤炭是非常重要的能源，礦山開采是煤炭能源主要的來(lái)源，而礦山開采主要依靠的是礦山電機(jī)車，它是井下作業(yè)的主要運(yùn)輸工具，其性能對(duì)礦山開采有很大影響，甚至?xí)罢麄€(gè)煤炭業(yè)，如何加強(qiáng)礦山牽引電機(jī)車控制系統(tǒng)性能，降低能耗，提高工作效率也成為了關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來(lái)，人們通過(guò)實(shí)踐不斷改進(jìn)牽引電機(jī)車控制系統(tǒng)，摒棄了傳統(tǒng)的采用直流調(diào)阻調(diào)速和直流斬波調(diào)速，對(duì)變頻調(diào)速進(jìn)行了各種實(shí)驗(yàn)和分析，建立相應(yīng)的系統(tǒng)模型，模擬仿真，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

1 不同種類的礦山牽引電機(jī)車控制系統(tǒng)

在礦山企業(yè)，電機(jī)車是必備設(shè)備，種類眾多，不同的供電方式、不同的牽引力，分類亦不同，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，可謂大浪淘沙，早期的串電阻調(diào)速被直流斬波調(diào)速取代，直流牽引電機(jī)調(diào)速不如交流牽引電機(jī)變頻調(diào)速，同樣直流牽引電機(jī)車也不敵交流牽引電機(jī)車，所以交流變頻調(diào)速電機(jī)車是大勢(shì)所趨，也符合市場(chǎng)需求。一般來(lái)說(shuō)，在不考慮電機(jī)之間聯(lián)系的情況下，每臺(tái)電機(jī)都由相應(yīng)的一臺(tái)變頻器控制，它們是“一對(duì)一”的關(guān)系，這種情形下，為了滿足市場(chǎng)需求，一般會(huì)采用矢量控制系統(tǒng)或直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。影響礦山牽引電機(jī)車的因素很多，如空間限制，寬度不同的軌距，這時(shí)會(huì)采用“一帶一”，即一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)輪對(duì)，也就是雙電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，這期間也存在電機(jī)運(yùn)行速度慢，成本高的問(wèn)題，主要是因?yàn)闆]有轉(zhuǎn)向架，之于機(jī)車與軌道間，為了正常運(yùn)行，兩個(gè)電機(jī)需自行分配載荷量，盡量做到均衡，一般為了提高運(yùn)行速度，并節(jié)約成本多采用一臺(tái)變頻器控制多臺(tái)電機(jī)的方法。

矢量控制作用于雙電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，其中最重要也是最必要的是針對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行數(shù)學(xué)模型建造，如今的建造模型方法多為“二合一”即兩臺(tái)電機(jī)的功效等同于一臺(tái)電機(jī)，采取這種方法一般考慮兩個(gè)方面：1）當(dāng)面對(duì)參數(shù)不同的電機(jī)進(jìn)行選擇時(shí)，參數(shù)相近的電機(jī)是較好的選擇，選擇其中一臺(tái)電機(jī)，對(duì)其進(jìn)行矢量控制，余下電機(jī)采取被動(dòng)控制；2）平均模型不易太過(guò)復(fù)雜，應(yīng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，首先選擇兩臺(tái)參數(shù)相近的電機(jī)，平均并且簡(jiǎn)化這兩臺(tái)電機(jī)的定子電流和轉(zhuǎn)速，使之作為反饋進(jìn)行控制。在實(shí)際的生產(chǎn)中，前者存在被動(dòng)控制電機(jī)，以至于控制系統(tǒng)的控制效果達(dá)不到理想狀態(tài)，所以大多數(shù)情況下一般都會(huì)采用后者的方法。

2 建立牽引電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真模型

雖然在上面的描述中，我們提到兩種方案，但是無(wú)論是哪個(gè)方案研究對(duì)象始終是一臺(tái)電機(jī)，同樣在牽引電機(jī)控制方案的系統(tǒng)建模過(guò)程中，我們也以一臺(tái)電機(jī)為例進(jìn)行建模。異步電機(jī)作為牽引電機(jī)是目前礦山牽引電機(jī)車的趨勢(shì)走向，異步電機(jī)有其自身特點(diǎn)，非線性、強(qiáng)耦合、多變量等。所以為了達(dá)到更好的調(diào)速性能，坐標(biāo)需進(jìn)行變換并且簡(jiǎn)化。

作為雙閉環(huán)的調(diào)速控制系統(tǒng)（直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速控制系統(tǒng)），內(nèi)環(huán)和外環(huán)采用不同的控制方式，其內(nèi)環(huán)通過(guò)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制，對(duì)電動(dòng)機(jī)定子端的一些變量，如電流、電壓等進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)周密的計(jì)算，得出定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩以及定子磁鏈角的相關(guān)數(shù)據(jù)，然后會(huì)用到磁鏈和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器，通過(guò)其進(jìn)行比較計(jì)算可以得到磁鏈偏差和轉(zhuǎn)矩偏差的數(shù)值；通過(guò)這兩個(gè)數(shù)值加上定子磁鏈所處的扇區(qū)，采取擇優(yōu)錄取，優(yōu)勝略汰的方法進(jìn)行選擇，以此得到電壓空間矢量，從而自由控制逆變器的開啟和關(guān)閉。說(shuō)完內(nèi)環(huán)，再說(shuō)外環(huán)，外環(huán)通過(guò)速度閉環(huán)控制，比較電機(jī)工作中的實(shí)際轉(zhuǎn)速（即速度傳感器或觀測(cè)器輸出）與設(shè)定的轉(zhuǎn)速，以此作為速度調(diào)節(jié)的輸入，速度調(diào)節(jié)都是通過(guò)速度調(diào)節(jié)器進(jìn)行的，目前為止，大多沿用傳統(tǒng)的PI線性調(diào)節(jié)器，電磁轉(zhuǎn)矩的給定信號(hào)依靠于PI線性調(diào)節(jié)器的輸出。整個(gè)系統(tǒng)的基本構(gòu)架如下圖所示。

從圖可以看出，異步電動(dòng)機(jī)的磁鏈模型建造相對(duì)比較簡(jiǎn)單，通過(guò)簡(jiǎn)單的積分關(guān)系便可建造。調(diào)節(jié)定子磁鏈運(yùn)動(dòng)軌跡的平均轉(zhuǎn)速，以及轉(zhuǎn)矩大小的變化是轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)這一部分的主要功能。零電壓空間矢量的引入，對(duì)定子磁鏈

沿軌跡運(yùn)動(dòng)的平均速度有很大影響，可以改變其平均轉(zhuǎn)速，如上圖所示單元AZS代表零狀態(tài)，零狀態(tài)電壓信號(hào)由其發(fā)出。單元ASS代表開關(guān)信號(hào)，控制著零狀態(tài)電壓信號(hào)發(fā)出的時(shí)間。ATR代表轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器，TQ代表其輸出信號(hào)，ATR控制ASS，是轉(zhuǎn)矩給定值與轉(zhuǎn)矩反饋值相減得出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)數(shù)值。經(jīng)過(guò)對(duì)上述的計(jì)算分析，建立一個(gè)直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的模型。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)我們可以看出，較于傳統(tǒng)直流傳動(dòng)電機(jī)車，交流傳動(dòng)電機(jī)車牽引性能更強(qiáng)，在作業(yè)過(guò)程中，一旦電流有稍微的增大，牽引力便增大很多，將牽引速度規(guī)定為一個(gè)固定數(shù)值時(shí)，交流傳動(dòng)電機(jī)車低速大轉(zhuǎn)矩起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流相較于直流傳動(dòng)電機(jī)車的起動(dòng)電流小很多，差不多不足直流傳動(dòng)電機(jī)車的1/2，可見直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速控制系統(tǒng)能夠降低能耗，節(jié)約能源。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)直流傳動(dòng)礦山電機(jī)車與交流傳動(dòng)電機(jī)車相比較，分析其利弊，了解雙電機(jī)調(diào)速矢量控制系統(tǒng)及直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，建立更利于市場(chǎng)需求的直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速控制系統(tǒng)仿真模型，提高了效率的同時(shí)，降低了能耗，節(jié)約了能源，更利于資源的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]張也.金鑫.礦山牽引電機(jī)車控制系統(tǒng)的仿真[M].北京出版社，2013.

[2]李雪，董旭.礦用電機(jī)車調(diào)速控制系統(tǒng)研究[M].北京出版社，2013.

[3]徐小艷.礦用電機(jī)車矢量控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)[M].北京出版社，2013.endprint

摘 要 傳統(tǒng)的礦山牽引電機(jī)車采用的是直流調(diào)阻調(diào)速和直流斬波調(diào)速，其特點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了目前礦山開采的需求，根據(jù)我國(guó)礦山開采的實(shí)際情況，礦山牽引電機(jī)車控制系統(tǒng)應(yīng)該具備一定特點(diǎn)，如較強(qiáng)的穩(wěn)定性、超強(qiáng)的載荷能力等，文章就如何改進(jìn)牽引電機(jī)車控制系統(tǒng)，節(jié)約能源，降低損耗，加強(qiáng)電機(jī)牽引性能進(jìn)行深入的探討和研究。

關(guān)鍵詞 牽引電機(jī)車；控制系統(tǒng)；矢量；建模；仿真；節(jié)能

中圖分類號(hào)：TD6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）06-0061-01

我國(guó)是世界人口大國(guó)，能源消耗量巨大，而煤炭是非常重要的能源，礦山開采是煤炭能源主要的來(lái)源，而礦山開采主要依靠的是礦山電機(jī)車，它是井下作業(yè)的主要運(yùn)輸工具，其性能對(duì)礦山開采有很大影響，甚至?xí)罢麄€(gè)煤炭業(yè)，如何加強(qiáng)礦山牽引電機(jī)車控制系統(tǒng)性能，降低能耗，提高工作效率也成為了關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來(lái)，人們通過(guò)實(shí)踐不斷改進(jìn)牽引電機(jī)車控制系統(tǒng)，摒棄了傳統(tǒng)的采用直流調(diào)阻調(diào)速和直流斬波調(diào)速，對(duì)變頻調(diào)速進(jìn)行了各種實(shí)驗(yàn)和分析，建立相應(yīng)的系統(tǒng)模型，模擬仿真，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

1 不同種類的礦山牽引電機(jī)車控制系統(tǒng)

在礦山企業(yè)，電機(jī)車是必備設(shè)備，種類眾多，不同的供電方式、不同的牽引力，分類亦不同，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，可謂大浪淘沙，早期的串電阻調(diào)速被直流斬波調(diào)速取代，直流牽引電機(jī)調(diào)速不如交流牽引電機(jī)變頻調(diào)速，同樣直流牽引電機(jī)車也不敵交流牽引電機(jī)車，所以交流變頻調(diào)速電機(jī)車是大勢(shì)所趨，也符合市場(chǎng)需求。一般來(lái)說(shuō)，在不考慮電機(jī)之間聯(lián)系的情況下，每臺(tái)電機(jī)都由相應(yīng)的一臺(tái)變頻器控制，它們是“一對(duì)一”的關(guān)系，這種情形下，為了滿足市場(chǎng)需求，一般會(huì)采用矢量控制系統(tǒng)或直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。影響礦山牽引電機(jī)車的因素很多，如空間限制，寬度不同的軌距，這時(shí)會(huì)采用“一帶一”，即一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)輪對(duì)，也就是雙電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，這期間也存在電機(jī)運(yùn)行速度慢，成本高的問(wèn)題，主要是因?yàn)闆]有轉(zhuǎn)向架，之于機(jī)車與軌道間，為了正常運(yùn)行，兩個(gè)電機(jī)需自行分配載荷量，盡量做到均衡，一般為了提高運(yùn)行速度，并節(jié)約成本多采用一臺(tái)變頻器控制多臺(tái)電機(jī)的方法。

矢量控制作用于雙電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，其中最重要也是最必要的是針對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行數(shù)學(xué)模型建造，如今的建造模型方法多為“二合一”即兩臺(tái)電機(jī)的功效等同于一臺(tái)電機(jī)，采取這種方法一般考慮兩個(gè)方面：1）當(dāng)面對(duì)參數(shù)不同的電機(jī)進(jìn)行選擇時(shí)，參數(shù)相近的電機(jī)是較好的選擇，選擇其中一臺(tái)電機(jī)，對(duì)其進(jìn)行矢量控制，余下電機(jī)采取被動(dòng)控制；2）平均模型不易太過(guò)復(fù)雜，應(yīng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，首先選擇兩臺(tái)參數(shù)相近的電機(jī)，平均并且簡(jiǎn)化這兩臺(tái)電機(jī)的定子電流和轉(zhuǎn)速，使之作為反饋進(jìn)行控制。在實(shí)際的生產(chǎn)中，前者存在被動(dòng)控制電機(jī)，以至于控制系統(tǒng)的控制效果達(dá)不到理想狀態(tài)，所以大多數(shù)情況下一般都會(huì)采用后者的方法。

2 建立牽引電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真模型

雖然在上面的描述中，我們提到兩種方案，但是無(wú)論是哪個(gè)方案研究對(duì)象始終是一臺(tái)電機(jī)，同樣在牽引電機(jī)控制方案的系統(tǒng)建模過(guò)程中，我們也以一臺(tái)電機(jī)為例進(jìn)行建模。異步電機(jī)作為牽引電機(jī)是目前礦山牽引電機(jī)車的趨勢(shì)走向，異步電機(jī)有其自身特點(diǎn)，非線性、強(qiáng)耦合、多變量等。所以為了達(dá)到更好的調(diào)速性能，坐標(biāo)需進(jìn)行變換并且簡(jiǎn)化。

作為雙閉環(huán)的調(diào)速控制系統(tǒng)（直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速控制系統(tǒng)），內(nèi)環(huán)和外環(huán)采用不同的控制方式，其內(nèi)環(huán)通過(guò)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制，對(duì)電動(dòng)機(jī)定子端的一些變量，如電流、電壓等進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)周密的計(jì)算，得出定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩以及定子磁鏈角的相關(guān)數(shù)據(jù)，然后會(huì)用到磁鏈和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器，通過(guò)其進(jìn)行比較計(jì)算可以得到磁鏈偏差和轉(zhuǎn)矩偏差的數(shù)值；通過(guò)這兩個(gè)數(shù)值加上定子磁鏈所處的扇區(qū)，采取擇優(yōu)錄取，優(yōu)勝略汰的方法進(jìn)行選擇，以此得到電壓空間矢量，從而自由控制逆變器的開啟和關(guān)閉。說(shuō)完內(nèi)環(huán)，再說(shuō)外環(huán)，外環(huán)通過(guò)速度閉環(huán)控制，比較電機(jī)工作中的實(shí)際轉(zhuǎn)速（即速度傳感器或觀測(cè)器輸出）與設(shè)定的轉(zhuǎn)速，以此作為速度調(diào)節(jié)的輸入，速度調(diào)節(jié)都是通過(guò)速度調(diào)節(jié)器進(jìn)行的，目前為止，大多沿用傳統(tǒng)的PI線性調(diào)節(jié)器，電磁轉(zhuǎn)矩的給定信號(hào)依靠于PI線性調(diào)節(jié)器的輸出。整個(gè)系統(tǒng)的基本構(gòu)架如下圖所示。

從圖可以看出，異步電動(dòng)機(jī)的磁鏈模型建造相對(duì)比較簡(jiǎn)單，通過(guò)簡(jiǎn)單的積分關(guān)系便可建造。調(diào)節(jié)定子磁鏈運(yùn)動(dòng)軌跡的平均轉(zhuǎn)速，以及轉(zhuǎn)矩大小的變化是轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)這一部分的主要功能。零電壓空間矢量的引入，對(duì)定子磁鏈

沿軌跡運(yùn)動(dòng)的平均速度有很大影響，可以改變其平均轉(zhuǎn)速，如上圖所示單元AZS代表零狀態(tài)，零狀態(tài)電壓信號(hào)由其發(fā)出。單元ASS代表開關(guān)信號(hào)，控制著零狀態(tài)電壓信號(hào)發(fā)出的時(shí)間。ATR代表轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器，TQ代表其輸出信號(hào)，ATR控制ASS，是轉(zhuǎn)矩給定值與轉(zhuǎn)矩反饋值相減得出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)數(shù)值。經(jīng)過(guò)對(duì)上述的計(jì)算分析，建立一個(gè)直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的模型。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)我們可以看出，較于傳統(tǒng)直流傳動(dòng)電機(jī)車，交流傳動(dòng)電機(jī)車牽引性能更強(qiáng)，在作業(yè)過(guò)程中，一旦電流有稍微的增大，牽引力便增大很多，將牽引速度規(guī)定為一個(gè)固定數(shù)值時(shí)，交流傳動(dòng)電機(jī)車低速大轉(zhuǎn)矩起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流相較于直流傳動(dòng)電機(jī)車的起動(dòng)電流小很多，差不多不足直流傳動(dòng)電機(jī)車的1/2，可見直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速控制系統(tǒng)能夠降低能耗，節(jié)約能源。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)直流傳動(dòng)礦山電機(jī)車與交流傳動(dòng)電機(jī)車相比較，分析其利弊，了解雙電機(jī)調(diào)速矢量控制系統(tǒng)及直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，建立更利于市場(chǎng)需求的直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速控制系統(tǒng)仿真模型，提高了效率的同時(shí)，降低了能耗，節(jié)約了能源，更利于資源的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]張也.金鑫.礦山牽引電機(jī)車控制系統(tǒng)的仿真[M].北京出版社，2013.

[2]李雪，董旭.礦用電機(jī)車調(diào)速控制系統(tǒng)研究[M].北京出版社，2013.

[3]徐小艷.礦用電機(jī)車矢量控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)[M].北京出版社，2013.endprint

摘 要 傳統(tǒng)的礦山牽引電機(jī)車采用的是直流調(diào)阻調(diào)速和直流斬波調(diào)速，其特點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了目前礦山開采的需求，根據(jù)我國(guó)礦山開采的實(shí)際情況，礦山牽引電機(jī)車控制系統(tǒng)應(yīng)該具備一定特點(diǎn)，如較強(qiáng)的穩(wěn)定性、超強(qiáng)的載荷能力等，文章就如何改進(jìn)牽引電機(jī)車控制系統(tǒng)，節(jié)約能源，降低損耗，加強(qiáng)電機(jī)牽引性能進(jìn)行深入的探討和研究。

關(guān)鍵詞 牽引電機(jī)車；控制系統(tǒng)；矢量；建模；仿真；節(jié)能

中圖分類號(hào)：TD6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）06-0061-01

我國(guó)是世界人口大國(guó)，能源消耗量巨大，而煤炭是非常重要的能源，礦山開采是煤炭能源主要的來(lái)源，而礦山開采主要依靠的是礦山電機(jī)車，它是井下作業(yè)的主要運(yùn)輸工具，其性能對(duì)礦山開采有很大影響，甚至?xí)罢麄€(gè)煤炭業(yè)，如何加強(qiáng)礦山牽引電機(jī)車控制系統(tǒng)性能，降低能耗，提高工作效率也成為了關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來(lái)，人們通過(guò)實(shí)踐不斷改進(jìn)牽引電機(jī)車控制系統(tǒng)，摒棄了傳統(tǒng)的采用直流調(diào)阻調(diào)速和直流斬波調(diào)速，對(duì)變頻調(diào)速進(jìn)行了各種實(shí)驗(yàn)和分析，建立相應(yīng)的系統(tǒng)模型，模擬仿真，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

1 不同種類的礦山牽引電機(jī)車控制系統(tǒng)

在礦山企業(yè)，電機(jī)車是必備設(shè)備，種類眾多，不同的供電方式、不同的牽引力，分類亦不同，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，可謂大浪淘沙，早期的串電阻調(diào)速被直流斬波調(diào)速取代，直流牽引電機(jī)調(diào)速不如交流牽引電機(jī)變頻調(diào)速，同樣直流牽引電機(jī)車也不敵交流牽引電機(jī)車，所以交流變頻調(diào)速電機(jī)車是大勢(shì)所趨，也符合市場(chǎng)需求。一般來(lái)說(shuō)，在不考慮電機(jī)之間聯(lián)系的情況下，每臺(tái)電機(jī)都由相應(yīng)的一臺(tái)變頻器控制，它們是“一對(duì)一”的關(guān)系，這種情形下，為了滿足市場(chǎng)需求，一般會(huì)采用矢量控制系統(tǒng)或直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。影響礦山牽引電機(jī)車的因素很多，如空間限制，寬度不同的軌距，這時(shí)會(huì)采用“一帶一”，即一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)輪對(duì)，也就是雙電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，這期間也存在電機(jī)運(yùn)行速度慢，成本高的問(wèn)題，主要是因?yàn)闆]有轉(zhuǎn)向架，之于機(jī)車與軌道間，為了正常運(yùn)行，兩個(gè)電機(jī)需自行分配載荷量，盡量做到均衡，一般為了提高運(yùn)行速度，并節(jié)約成本多采用一臺(tái)變頻器控制多臺(tái)電機(jī)的方法。

矢量控制作用于雙電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，其中最重要也是最必要的是針對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行數(shù)學(xué)模型建造，如今的建造模型方法多為“二合一”即兩臺(tái)電機(jī)的功效等同于一臺(tái)電機(jī)，采取這種方法一般考慮兩個(gè)方面：1）當(dāng)面對(duì)參數(shù)不同的電機(jī)進(jìn)行選擇時(shí)，參數(shù)相近的電機(jī)是較好的選擇，選擇其中一臺(tái)電機(jī)，對(duì)其進(jìn)行矢量控制，余下電機(jī)采取被動(dòng)控制；2）平均模型不易太過(guò)復(fù)雜，應(yīng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，首先選擇兩臺(tái)參數(shù)相近的電機(jī)，平均并且簡(jiǎn)化這兩臺(tái)電機(jī)的定子電流和轉(zhuǎn)速，使之作為反饋進(jìn)行控制。在實(shí)際的生產(chǎn)中，前者存在被動(dòng)控制電機(jī)，以至于控制系統(tǒng)的控制效果達(dá)不到理想狀態(tài)，所以大多數(shù)情況下一般都會(huì)采用后者的方法。

2 建立牽引電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真模型

雖然在上面的描述中，我們提到兩種方案，但是無(wú)論是哪個(gè)方案研究對(duì)象始終是一臺(tái)電機(jī)，同樣在牽引電機(jī)控制方案的系統(tǒng)建模過(guò)程中，我們也以一臺(tái)電機(jī)為例進(jìn)行建模。異步電機(jī)作為牽引電機(jī)是目前礦山牽引電機(jī)車的趨勢(shì)走向，異步電機(jī)有其自身特點(diǎn)，非線性、強(qiáng)耦合、多變量等。所以為了達(dá)到更好的調(diào)速性能，坐標(biāo)需進(jìn)行變換并且簡(jiǎn)化。

作為雙閉環(huán)的調(diào)速控制系統(tǒng)（直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速控制系統(tǒng)），內(nèi)環(huán)和外環(huán)采用不同的控制方式，其內(nèi)環(huán)通過(guò)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制，對(duì)電動(dòng)機(jī)定子端的一些變量，如電流、電壓等進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)周密的計(jì)算，得出定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩以及定子磁鏈角的相關(guān)數(shù)據(jù)，然后會(huì)用到磁鏈和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器，通過(guò)其進(jìn)行比較計(jì)算可以得到磁鏈偏差和轉(zhuǎn)矩偏差的數(shù)值；通過(guò)這兩個(gè)數(shù)值加上定子磁鏈所處的扇區(qū)，采取擇優(yōu)錄取，優(yōu)勝略汰的方法進(jìn)行選擇，以此得到電壓空間矢量，從而自由控制逆變器的開啟和關(guān)閉。說(shuō)完內(nèi)環(huán)，再說(shuō)外環(huán)，外環(huán)通過(guò)速度閉環(huán)控制，比較電機(jī)工作中的實(shí)際轉(zhuǎn)速（即速度傳感器或觀測(cè)器輸出）與設(shè)定的轉(zhuǎn)速，以此作為速度調(diào)節(jié)的輸入，速度調(diào)節(jié)都是通過(guò)速度調(diào)節(jié)器進(jìn)行的，目前為止，大多沿用傳統(tǒng)的PI線性調(diào)節(jié)器，電磁轉(zhuǎn)矩的給定信號(hào)依靠于PI線性調(diào)節(jié)器的輸出。整個(gè)系統(tǒng)的基本構(gòu)架如下圖所示。

從圖可以看出，異步電動(dòng)機(jī)的磁鏈模型建造相對(duì)比較簡(jiǎn)單，通過(guò)簡(jiǎn)單的積分關(guān)系便可建造。調(diào)節(jié)定子磁鏈運(yùn)動(dòng)軌跡的平均轉(zhuǎn)速，以及轉(zhuǎn)矩大小的變化是轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)這一部分的主要功能。零電壓空間矢量的引入，對(duì)定子磁鏈

沿軌跡運(yùn)動(dòng)的平均速度有很大影響，可以改變其平均轉(zhuǎn)速，如上圖所示單元AZS代表零狀態(tài)，零狀態(tài)電壓信號(hào)由其發(fā)出。單元ASS代表開關(guān)信號(hào)，控制著零狀態(tài)電壓信號(hào)發(fā)出的時(shí)間。ATR代表轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器，TQ代表其輸出信號(hào)，ATR控制ASS，是轉(zhuǎn)矩給定值與轉(zhuǎn)矩反饋值相減得出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)數(shù)值。經(jīng)過(guò)對(duì)上述的計(jì)算分析，建立一個(gè)直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的模型。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)我們可以看出，較于傳統(tǒng)直流傳動(dòng)電機(jī)車，交流傳動(dòng)電機(jī)車牽引性能更強(qiáng)，在作業(yè)過(guò)程中，一旦電流有稍微的增大，牽引力便增大很多，將牽引速度規(guī)定為一個(gè)固定數(shù)值時(shí)，交流傳動(dòng)電機(jī)車低速大轉(zhuǎn)矩起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流相較于直流傳動(dòng)電機(jī)車的起動(dòng)電流小很多，差不多不足直流傳動(dòng)電機(jī)車的1/2，可見直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速控制系統(tǒng)能夠降低能耗，節(jié)約能源。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)直流傳動(dòng)礦山電機(jī)車與交流傳動(dòng)電機(jī)車相比較，分析其利弊，了解雙電機(jī)調(diào)速矢量控制系統(tǒng)及直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，建立更利于市場(chǎng)需求的直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速控制系統(tǒng)仿真模型，提高了效率的同時(shí)，降低了能耗，節(jié)約了能源，更利于資源的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]張也.金鑫.礦山牽引電機(jī)車控制系統(tǒng)的仿真[M].北京出版社，2013.

[2]李雪，董旭.礦用電機(jī)車調(diào)速控制系統(tǒng)研究[M].北京出版社，2013.

[3]徐小艷.礦用電機(jī)車矢量控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)[M].北京出版社，2013.endprint