時(shí)間：2023-09-19 18:29:29
序論：在您撰寫電力傳動(dòng)技術(shù)時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；帶式輸送機(jī)；
中圖分類號(hào)：F407文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
一、引言
目前，我國在上述設(shè)備中采用調(diào)速技術(shù)還不夠廣泛，市場(chǎng)潛力巨大。電力電子技術(shù)能把電能從一種形式高效地轉(zhuǎn)換成另一種形式，而且能對(duì)電能進(jìn)行控制，在煤炭工業(yè)中有廣闊的應(yīng)用前景。但我國煤炭行業(yè)電力電子技術(shù)應(yīng)用與先進(jìn)國家相比差距大，潛力也大。目前在國內(nèi)煤炭行業(yè)電力電子技術(shù)已在部分煤礦得到推廣。在現(xiàn)代化礦井中，由于設(shè)備大型化，自動(dòng)化水平較高，噸煤人工費(fèi)用所占比例不大，而電費(fèi)所占比例增加，要降低成本，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，應(yīng)重視利用現(xiàn)代調(diào)速技術(shù)節(jié)約能量，例如在風(fēng)機(jī)、水泵、帶式輸送機(jī)等設(shè)備上實(shí)現(xiàn)調(diào)速。下面分別談變頻器在煤礦帶式輸送機(jī)、礦井提升絞車、乳化液泵站的應(yīng)用。
二、帶式輸送機(jī)
目前，變頻器在國內(nèi)煤礦的應(yīng)用主要集中在帶式輸送機(jī)上。眾所周知，皮帶是一個(gè)彈性體，在靜止或運(yùn)行時(shí)皮帶內(nèi)貯藏了大量的能量，在皮帶機(jī)起動(dòng)過程中，如果不加設(shè)軟起動(dòng)裝置，皮帶內(nèi)貯藏的能量將很快釋放出去，在皮帶上形成張力波并迅速沿著皮帶傳輸出去。過大的張力波極易引起皮帶被撕斷。因此，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，帶式輸送機(jī)必須加設(shè)軟起動(dòng)裝置。目前煤礦采用的軟起動(dòng)裝置絕大部分是液力偶合器。
液力偶合器雖然能部分解決皮帶機(jī)的軟起動(dòng)問題，但與變頻器驅(qū)動(dòng)相比，仍具有明顯的劣勢(shì)：首先，采用液力偶合器時(shí)，電機(jī)必須先空載起動(dòng)。工頻起動(dòng)時(shí)，最初的電流很大，為電機(jī)額定電流的4--7倍。大的起動(dòng)瞬間電流會(huì)在起動(dòng)過程中產(chǎn)生沖擊，引起電機(jī)內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力發(fā)生變化，對(duì)機(jī)械部分造成嚴(yán)重磨損甚至損壞。同時(shí)還將引起電網(wǎng)電壓下降，影響到電網(wǎng)內(nèi)其它設(shè)備的正常運(yùn)行，因此，大容量的皮帶機(jī)還必須附加電機(jī)軟起動(dòng)設(shè)備。其次，液力偶合器長(zhǎng)時(shí)工作時(shí)，引起液體溫度升高，熔化合金塞， 引起漏液， 增大維護(hù)工作量，污染環(huán)境。第三，采用液力偶合器時(shí)，皮帶機(jī)的加載時(shí)間較短，容易引起皮帶張力變化，因此對(duì)皮帶帶強(qiáng)要求較高。第四，一般的皮帶機(jī)都是長(zhǎng)距離大運(yùn)量，通常都是多電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用液力偶合器驅(qū)動(dòng)，很難解決多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的功率平衡。
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展。變頻技術(shù)在最近二十年飛速發(fā)展，在部分煤礦企業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用，運(yùn)用變頻器對(duì)帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行改造，將給用戶帶很大的經(jīng)濟(jì)效益：
第一、真正實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的軟起動(dòng)。運(yùn)用變頻器對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，運(yùn)用變頻器的軟起動(dòng)功能，將電機(jī)的軟起動(dòng)和皮帶機(jī)的軟起動(dòng)合二為一，通過電機(jī)的慢速起動(dòng)，帶動(dòng)皮帶機(jī)緩慢起動(dòng)，將皮帶內(nèi)部貯存的能量緩慢釋放，使皮帶機(jī)在起動(dòng)過程中形成的張力波極小，幾乎對(duì)皮帶不造成損害。
第二、實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的功率平衡。應(yīng)用變頻器對(duì)皮帶機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，一般采用一拖一控制，當(dāng)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，采用主從控制，實(shí)現(xiàn)功率平衡。
第三、降低皮帶帶強(qiáng)。采用變頻器驅(qū)動(dòng)之后，由于變頻器的起動(dòng)時(shí)間可在1秒～3600秒可調(diào)，通常皮帶機(jī)起動(dòng)時(shí)間在60秒～200秒內(nèi)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定，皮帶機(jī)的起動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，大大降低對(duì)皮帶帶強(qiáng)的要求，降低設(shè)備初期投資。
第四、降低設(shè)備的維護(hù)量。變頻器是一種電子器件的集成，它將機(jī)械的壽命轉(zhuǎn)化為電子的壽命，壽命很長(zhǎng)，大大降低設(shè)備維護(hù)量。同時(shí)，利用變頻器的軟起動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟起動(dòng)，起動(dòng)過程中對(duì)機(jī)械基本無沖擊，也大大減少了皮帶機(jī)系統(tǒng)機(jī)械部份的檢修量。
第五、節(jié)能。在皮帶機(jī)上采用變頻驅(qū)動(dòng)后的節(jié)能效果主要體現(xiàn)在系統(tǒng)功率因數(shù)和系統(tǒng)效率兩個(gè)方面。
1.提高系統(tǒng)功率因數(shù)
通常情況下，煤礦用電機(jī)在設(shè)計(jì)過程中放的裕量比較大，工作時(shí)絕大部分不能滿載運(yùn)行，電機(jī)工作于滿電壓、滿速度而負(fù)載經(jīng)常很小，也有部分時(shí)間空載運(yùn)行。由電機(jī)設(shè)計(jì)和運(yùn)行特性知道，電機(jī)只有在接近滿載時(shí)才是效率最高、功率因數(shù)最佳，輕載時(shí)降低，造成不必要的電能損失。這是因?yàn)楫?dāng)輕載時(shí)，定子電流有功分量很小，主要是勵(lì)磁的無功分量，因此功率因數(shù)很低。采用變頻器驅(qū)動(dòng)后，在整個(gè)過程中功率因數(shù)達(dá)0.9以上，大大節(jié)省了無功功率。
2.提高系統(tǒng)效率
采用變頻器驅(qū)動(dòng)之后，電機(jī)與減速器之間是直接硬聯(lián)接，中間減少了液力偶合器這個(gè)環(huán)節(jié)。而液力偶合器本身的傳遞效率是不高的，并且液力偶合器主要是通過液體來傳動(dòng)，而液體的傳動(dòng)效率比直接硬聯(lián)接的傳動(dòng)效率要低許多，因而采用變頻器驅(qū)動(dòng)后，系統(tǒng)總的傳遞效率要比液力偶合器驅(qū)動(dòng)的效率要高5%～10%。
另外，礦井通常離變電站距離較遠(yuǎn)，不同時(shí)段電壓波動(dòng)較大，利用變頻器的自動(dòng)穩(wěn)壓功能，也有部份節(jié)能作用。
電力電子與電力傳動(dòng)技術(shù)在發(fā)展過程中伴隨著傳輸功率的交流傳動(dòng)，本文回顧了電力牽引傳動(dòng)控制技術(shù)歷史并揭示了這些技術(shù)的密切關(guān)系，重點(diǎn)在于研究我國目前的電力牽引發(fā)展情況和前景，旨在于讓同行們加強(qiáng)交流，讓電力牽引傳動(dòng)技術(shù)更好的服務(wù)于車輛裝備和鐵路機(jī)車制造業(yè)。
【關(guān)鍵詞】電力牽引 交流傳動(dòng) 控制 電力 電子器件
在很早的時(shí)候，電氣傳動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)剛剛引入牽引機(jī)車的技術(shù)領(lǐng)域，第一臺(tái)電力驅(qū)動(dòng)的機(jī)車于1879年問世，兩年后也就是1881年成功實(shí)現(xiàn)了城市電動(dòng)機(jī)車的大規(guī)模鋪開，西門子公司于1891發(fā)明了三相交流電源直接測(cè)試的電動(dòng)機(jī)車，該機(jī)車使用的是線式轉(zhuǎn)子異步牽引電動(dòng)機(jī)，直到今天，單相交流供電的電力牽引與控制技術(shù)仍然在飛速的發(fā)展中，測(cè)試車輛的規(guī)模也日益變大。交流變換技術(shù)系統(tǒng)規(guī)模過于龐大，能量轉(zhuǎn)換效率低，電能轉(zhuǎn)換機(jī)械能過程中的影響因素非常多，這樣的電力牽引力不適用我國現(xiàn)有的鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)。
1955年，整流器的發(fā)明標(biāo)志是機(jī)車電力牽引傳動(dòng)技術(shù)開始進(jìn)入實(shí)踐動(dòng)態(tài)。1957年可控硅整流器（即普通晶閘管）的發(fā)明，標(biāo)志著電力牽引時(shí)代的出現(xiàn)，大功率電子硅整流技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，這個(gè)技術(shù)使機(jī)車傳動(dòng)和電力傳動(dòng)系統(tǒng)從內(nèi)燃機(jī)-直流或直流電動(dòng)機(jī)向交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變。1965年，晶閘管的機(jī)車牽引動(dòng)力系統(tǒng)出現(xiàn)了，各國的鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)廣泛采用晶閘管電力傳動(dòng)系統(tǒng)。大功率可關(guān)斷晶閘管（GTO）的出現(xiàn)和發(fā)展推動(dòng)了微機(jī)控制技術(shù)，在20世紀(jì)70年代，交流-直流-交流的傳動(dòng)系統(tǒng)取代了交流-直流的傳輸模式，至今仍在不斷的進(jìn)行迭代更新。
1 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，交流電動(dòng)機(jī)作為牽引電機(jī)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)
（1）交流電機(jī)體積小，重量輕，功率大，小體積解決了安裝時(shí)占用空間過大的問題，電動(dòng)機(jī)的重量輕，減少地面設(shè)備的體積，有利于提高機(jī)車輪軌力，以滿足大功率、高轉(zhuǎn)速的高速動(dòng)態(tài)要求。
（2）交流電機(jī)的速度和保持恒功率范圍比較大，有利于實(shí)現(xiàn)通用式的機(jī)車以滿足運(yùn)輸乘客和貨物的需求。
（3）交流電動(dòng)機(jī)沒有換向器、電刷磨損和清除器等易損設(shè)備，提高了整個(gè)電力牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，降低制造成本和維護(hù)成本。
（4）交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)具有牽引性能優(yōu)良的自然特征，有助于提高在復(fù)雜地形的利用率，更好地發(fā)揮電力牽引力的控制作用。
雖然交流電動(dòng)機(jī)，特別是異步電動(dòng)機(jī)具有特殊的優(yōu)點(diǎn)，但在上世紀(jì)70年代之前，通過簡(jiǎn)單的控制的直流電機(jī)得到了廣泛的使用，電力電子開關(guān)與晶閘管整流裝置工藝的改進(jìn)致使直流傳動(dòng)系統(tǒng)更加普及。隨著快速晶閘管基礎(chǔ)的牽引電機(jī)出現(xiàn)，以快速晶閘管變流器為單元的內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)車組DE-2500內(nèi)燃機(jī)車問世了，交流傳動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域開啟機(jī)車車輛設(shè)備的新紀(jì)元。
2 交流傳輸線控制優(yōu)勢(shì)
1983年，5臺(tái)大功率BR120交流傳輸線控制的電力機(jī)車誕生于德國聯(lián)邦鐵路，BR120機(jī)車的總體布置、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和參數(shù)選擇更加優(yōu)化，電路結(jié)構(gòu)和材料的主要成分都有所更新，如臥式水平主變壓器、牽引變流器、牽引電機(jī)空心軸和萬向節(jié)等，在外觀設(shè)計(jì)和輔助變流器上都成功地進(jìn)行了嘗試，建立了機(jī)車電力牽引設(shè)計(jì)和運(yùn)行的基本模式，交流傳動(dòng)不僅優(yōu)于直流電機(jī)，采用新技術(shù)后帶來了更多的優(yōu)勢(shì)：
（1）機(jī)車廣泛使用四象限脈沖變流器，大大降低電流諧波分量的電源網(wǎng)絡(luò)，提高供電質(zhì)量，提升通信信號(hào)的抗干擾能力。
（2）交流傳動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)功率的高效能量轉(zhuǎn)換，降低電網(wǎng)能量損耗，多方向的反饋結(jié)果是網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量好，節(jié)能效果也很優(yōu)異。
（3）前后機(jī)車牽引制動(dòng)操作無需轉(zhuǎn)換，開關(guān)位置的變化可以通過主電路控制，整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠。
發(fā)達(dá)國家已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模的軌道交通系統(tǒng)，交流傳動(dòng)的研究和開發(fā)，以及評(píng)估技術(shù)更新都完成的比較徹底，交流傳動(dòng)車輛取代了直流驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)，形成了自己的新干線，已經(jīng)成為鐵路運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)代化符號(hào)，鐵路管理實(shí)現(xiàn)高速發(fā)展。在發(fā)展的過程中，發(fā)展電力電子器件的基本技術(shù)就是交流傳動(dòng)技術(shù)。第一代機(jī)車采用快速晶閘管變流器單元結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率較低，可靠性和可維護(hù)性都不突出。GTO在80年代問世，之后大功率交流傳動(dòng)系統(tǒng)迅速應(yīng)用于機(jī)車組，并且伴隨著性能的改進(jìn)。在上世紀(jì)90年代，IGBT高壓裝置提高了電源轉(zhuǎn)換器和更新的效果。同時(shí)，控制發(fā)展進(jìn)步的基礎(chǔ)還是對(duì)交流傳動(dòng)的控制技術(shù)，目前有可控硅移相開關(guān)控制，脈沖PWM控制和四象限整流控制，還有磁場(chǎng)定向控制和直接轉(zhuǎn)矩控制等。
微電子技術(shù)、信息技術(shù)和通信傳輸技術(shù)的進(jìn)步也使控制裝置從模擬數(shù)字電路轉(zhuǎn)向復(fù)雜控制，并逐步使其操作簡(jiǎn)單化，現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)控制的模塊也在單片機(jī)和微處理器質(zhì)量提升的推動(dòng)下不斷提高，發(fā)展為8位，32位和64位的浮點(diǎn)運(yùn)算程序，每一點(diǎn)科技的進(jìn)步都會(huì)大大提高電力牽引傳動(dòng)控制技術(shù)的處理能力。這個(gè)龐大系統(tǒng)得益于電力電子技術(shù)的發(fā)展水平，牽引力的交流傳動(dòng)系統(tǒng)依賴于技術(shù)的革新。
3 我國機(jī)車電力牽引系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀
1958年年底，我國生產(chǎn)的電力機(jī)車主表，即機(jī)車電力機(jī)車是前蘇聯(lián)的直流型電力機(jī)車為模型，根據(jù)中國鐵路的規(guī)范研制而成，當(dāng)時(shí)大功率電子器件還不成熟，整流器件是電力機(jī)車運(yùn)行試驗(yàn)后通過環(huán)形鐵路客車車輛。1962年，前后共5個(gè)單元投入到寶鳳線試運(yùn)行，由于主要設(shè)備（調(diào)壓開關(guān)、牽引電機(jī)等）技術(shù)和質(zhì)量問題仍然存在，特別是引燃管整流難以達(dá)到實(shí)際使用的要求，因此電力機(jī)車不能大規(guī)模生產(chǎn)。隨后中國的發(fā)展工業(yè)、電力電子整流二極管的高功率開始進(jìn)入實(shí)用階段，機(jī)車電力牽引技術(shù)在該技術(shù)的基礎(chǔ)上形成了新型電力機(jī)車，交流-直流電力機(jī)車大規(guī)模使用，從1969年開始直到1988年停產(chǎn)，共計(jì)826臺(tái)，我國機(jī)車交流-直流電傳技術(shù)在這個(gè)周期內(nèi)廣泛應(yīng)用。
可控硅式裝置使機(jī)車電力牽引傳動(dòng)技術(shù)上了一個(gè)新臺(tái)階，通過二極管整流級(jí)壓力控制形成了最新型的電力牽引傳動(dòng)技術(shù)，在SS3型電力電路中使用調(diào)壓變壓器，在低壓側(cè)之間的牽引開關(guān)和相控晶閘管調(diào)壓相結(jié)合的平滑調(diào)速技術(shù)，使機(jī)車獲得更好的調(diào)速性能。無級(jí)調(diào)壓和交流-直流傳動(dòng)軸重載貨運(yùn)電力機(jī)車構(gòu)成一個(gè)相控晶閘管的一系列產(chǎn)品，該型機(jī)車由2部分相同的4軸電力機(jī)車重新連接每個(gè)部分，使機(jī)車的性能和質(zhì)量大大提高，成為我們的主要干線運(yùn)輸機(jī)車。
我國機(jī)車電傳動(dòng)技術(shù)已走過50余年的發(fā)展里程，取得了巨大進(jìn)步，鐵路運(yùn)輸從速度和功率已被用到技術(shù)極限的交-直傳動(dòng)邁入速度更快、功率更高的交流傳動(dòng)的階段，但這項(xiàng)技術(shù)的創(chuàng)新和開拓是永無止境的，它必將隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而不斷提高到更新的水平上，為我國的社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)做出貢獻(xiàn)，進(jìn)而走向世界，在高速、重載鐵路牽引設(shè)備領(lǐng)域與世界先進(jìn)企業(yè)同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)。
參考文獻(xiàn)
[1]Ruge W.從GTO變流器到IGBT變流器看傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展（二）[J].流技術(shù)與電力牽引，2016（01）.
[2]張波，楊萬坤，李杰波.世界鐵路牽引發(fā)展50年. 鐵道機(jī)車車輛，2015（12）.
[3]張大勇.我國機(jī)車電傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展[J].機(jī)車電傳動(dòng)，2011（05）.
[4]張瑩，楊利軍.交流傳動(dòng)電力機(jī)車發(fā)展的重要因素――新型電力電子器件[J].電氣開關(guān)，2015（04）.
作者簡(jiǎn)介
王森（1983-），男。現(xiàn)為哈爾濱鐵路局供電處工程師。主要研究方向?yàn)闋恳╇姟?/p>
[關(guān)鍵詞]HXD1D型交流傳動(dòng)電力機(jī)車；輔助系統(tǒng)；不間斷供電技術(shù)
中圖分類號(hào)：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）21-0035-01
HXD1D型交流傳動(dòng)電力機(jī)車其是以自主化技術(shù)為基礎(chǔ)研制的，此類電動(dòng)機(jī)車總體參數(shù)良好，且功率極大，牽引能力更強(qiáng)，實(shí)際運(yùn)行中的加速性能十分優(yōu)越，運(yùn)行安全可靠、節(jié)能環(huán)保，市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Υ?，可適用于各類鐵路客運(yùn)牽引地區(qū)。此種機(jī)車是以主輔一體化牽引變流器而實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的，輔助電氣系統(tǒng)則包括輔助電路與設(shè)施、列車供電系統(tǒng)，而其輔助電路則以輔助逆變器實(shí)現(xiàn)供電，可有效輔助逆變器、變流器共同間的直流環(huán)節(jié)，但HXD1D型交流傳動(dòng)電力機(jī)車輔助系統(tǒng)不間斷供電技術(shù)應(yīng)用中存在諸多不足之處。因此，探討HXD1D型交流傳動(dòng)電力機(jī)車輔助系統(tǒng)不間斷供電技術(shù)應(yīng)用有著極大現(xiàn)實(shí)意義。
一、 我國干線鐵路電氣化建設(shè)現(xiàn)狀分析
我國干線鐵路電氣化建設(shè)中的接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)均使用的是三相供電，而為了保證電力系統(tǒng)三相負(fù)載處于平衡狀態(tài)，供電系統(tǒng)則使用分段換相供電。為了有效防止相間短路，通常均是于各個(gè)相間設(shè)置無電區(qū)域，此為分相區(qū)?，F(xiàn)階段的鐵路接觸網(wǎng)均是隔20-30km設(shè)置1個(gè)分相區(qū)，而機(jī)車通過分相區(qū)時(shí)，司機(jī)均需將牽引/制動(dòng)手柄回零，從而及時(shí)斷開主斷路器，慣性通過分相區(qū)時(shí)可及時(shí)閉合主斷路器，保證其過分相時(shí)的主斷路器斷、合均被嚴(yán)格控制，亦可以系統(tǒng)自動(dòng)完成。
近年來，我國軌道交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)展飛速，各項(xiàng)技術(shù)裝備亦逐漸成熟，機(jī)車運(yùn)營(yíng)速度也不斷提升。干線鐵路機(jī)車于30min內(nèi)可通過1-3個(gè)分相區(qū)，而于此情況下，若機(jī)車運(yùn)用傳統(tǒng)機(jī)車主輔電路結(jié)構(gòu)，這時(shí)輔助機(jī)組啟停次數(shù)及其蓄電池組充放電頻率可被提高，設(shè)備開關(guān)器件的通斷次數(shù)則持續(xù)增多，這則縮短了設(shè)備壽命。分相區(qū)中的主壓縮機(jī)停止不工作，導(dǎo)致機(jī)車與后端列車供風(fēng)中斷，如果后部車輛用風(fēng)設(shè)備被大量使用，導(dǎo)致總風(fēng)壓力降低，這時(shí)車輛應(yīng)用受到較大影響。如果機(jī)車過分相時(shí)的輔助系統(tǒng)繼續(xù)供電，其可延長(zhǎng)部件與車輛的使用時(shí)間。
二、 HXD1D型交流傳動(dòng)電力機(jī)車輔助系統(tǒng)供電工況
1、 機(jī)車正常牽引下工況
處于該工況下的變壓器6組牽引繞組分別于2個(gè)牽引變流器中的6個(gè)整流模塊，并提供相應(yīng)的單相交流電，之后則通過中間直流環(huán)節(jié)于6個(gè)主逆變器、2個(gè)輔助逆變器，再為其提供電源，6個(gè)主逆變器可為6臺(tái)牽引電機(jī)提供獨(dú)立供電，其間2個(gè)輔助逆變器可為輔助負(fù)載提供相應(yīng)的定頻定壓及變頻變壓電源。
2、 機(jī)車再生制動(dòng)工況
牽引變流器中的6個(gè)主逆變器工作于整流工況下，6個(gè)整流模塊則可以當(dāng)時(shí)輔助負(fù)載具體需求容量工作于整流狀態(tài)及逆變狀態(tài)下，以保證牽引變流器間的電壓穩(wěn)定于準(zhǔn)確值中。如果6臺(tái)牽引電機(jī)再生制動(dòng)產(chǎn)生的能量滿足兩路輔助系統(tǒng)的電能，6個(gè)整流模塊則處于逆變情況，從而導(dǎo)致多出的電能及時(shí)反饋；亦或者是再生制動(dòng)力小時(shí)，6臺(tái)牽引電機(jī)再生制動(dòng)生成的能量可充分滿足其負(fù)載需求，6個(gè)整流模塊會(huì)于牽引繞組中獲得所需的能力，工作于整流狀態(tài)下，可為直流環(huán)節(jié)提供相應(yīng)的電能，從而保證中間直流環(huán)節(jié)電壓穩(wěn)定，并滿足輔助負(fù)載中需要的電能；若牽引電機(jī)再生制動(dòng)所產(chǎn)生的電能可滿足變頻變壓支路輔助負(fù)載需要的供電需求，并保證其極具富余能力，此種電機(jī)產(chǎn)生的電能根本適應(yīng)不了定額定壓支路輔助負(fù)載供電需求，而這時(shí)的整流模塊均工作于逆變工況中，從而把多余電能及時(shí)反饋，并將直流環(huán)節(jié)中的電源有效穩(wěn)定，保證輔助系統(tǒng)負(fù)載可獲得相應(yīng)的電能。
3、 機(jī)車過分相工況
機(jī)車進(jìn)入分相區(qū)域時(shí)，其牽引系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)獲得相應(yīng)的信號(hào)，牽引力均是根據(jù)規(guī)定大小實(shí)現(xiàn)卸載，最終牽引系統(tǒng)會(huì)有效轉(zhuǎn)至再生制動(dòng)工況下，這時(shí)的主斷路器會(huì)自動(dòng)斷開，四象限整流器模塊被封鎖。系統(tǒng)則以機(jī)車進(jìn)入分相前輔助系統(tǒng)需要的實(shí)際容量控制，從而保證機(jī)車再生制動(dòng)，這時(shí)的再生制動(dòng)所產(chǎn)生的電能可為負(fù)載電源。為了保證機(jī)車于不良條件下有效通過分相區(qū)，而HXD1D型交流傳動(dòng)電力機(jī)車輔助系統(tǒng)可充分滿足不間斷供電需求。
三、 輔助系統(tǒng)不間斷供電技術(shù)
1、 保證供電系統(tǒng)運(yùn)行
列車供電系統(tǒng)主要是對(duì)機(jī)車后部客運(yùn)車廂提供相應(yīng)的電能，列車供電柜為供電系統(tǒng)的重要內(nèi)容，其電路多分為主電路、輔助電路、控制電路、電子電路等，列車柜體中往往具備2路獨(dú)立且相同的互相控制整流與輔助電路，以LC濾波電路與供柜輸入電源均來自2個(gè)860V的列供繞組，其可以內(nèi)部相控整流，濾波之后則提供600V直流供電。列車供電系統(tǒng)具備相應(yīng)的交流短路保護(hù)更能，其交流過壓吸收保護(hù)功能與直流過載保護(hù)功能等十分良好。
2、延長(zhǎng)設(shè)備應(yīng)用時(shí)間
此項(xiàng)技術(shù)可有效降低機(jī)車輔助系統(tǒng)設(shè)備啟停次數(shù)，且輔助負(fù)載中的設(shè)施設(shè)備電流通斷頻率會(huì)隨之降低，以延長(zhǎng)設(shè)施設(shè)備應(yīng)用時(shí)間。輔助系統(tǒng)不間斷供電于機(jī)車過分相控制電源柜可連續(xù)控制電路中的負(fù)載供電，并為蓄電池快速充電，無需以蓄電池維持并控制電路負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)，從而有效延長(zhǎng)蓄電池應(yīng)用時(shí)間。
3、增強(qiáng)機(jī)車穩(wěn)定性
此項(xiàng)技術(shù)可有效確保主壓縮機(jī)于過分相之前實(shí)現(xiàn)不間斷工作，從而保證機(jī)車具備相應(yīng)的風(fēng)量，以便保證后部車輛用風(fēng)正常。機(jī)車于分相區(qū)時(shí)，傳統(tǒng)機(jī)車控制系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)施設(shè)備均是以蓄電池實(shí)現(xiàn)供電，如果蓄電池發(fā)生故障，則嚴(yán)重影響機(jī)車安全運(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致列車停止運(yùn)行。HXD1D型交流傳動(dòng)電力機(jī)車輔助系統(tǒng)于分相區(qū)時(shí)，可有效控制電源模塊供電，控制電源模塊具備良好的冗余性，盡管控制電源模塊發(fā)生故障時(shí)，則可以蓄電池實(shí)現(xiàn)供電，從而有效增強(qiáng)機(jī)車穩(wěn)定性。
4、降低操作強(qiáng)度
此項(xiàng)技術(shù)可有效確保機(jī)車于分相區(qū)時(shí)，快速恢復(fù)分相區(qū)之前的狀態(tài)，以便確保空調(diào)、暖風(fēng)機(jī)、微波爐、燒水壺等設(shè)施設(shè)備連續(xù)使用，從而有效降低操作強(qiáng)度，合理改善司乘人員的工作環(huán)境。
結(jié)束語
HXD1D型交流傳動(dòng)電力機(jī)車現(xiàn)已大批量的投入運(yùn)營(yíng)，且其整體使用情況十分良好，輔助系統(tǒng)不間斷供電技術(shù)優(yōu)越性被用戶逐漸發(fā)掘，并得到社會(huì)各界的認(rèn)可。此項(xiàng)技術(shù)提高了機(jī)車輔助系統(tǒng)設(shè)施設(shè)備使用效率，并延長(zhǎng)了其使用時(shí)間，機(jī)車與設(shè)備可靠性被有效提高，且能夠有效改善工作人員的操作。本文對(duì)我國干線鐵路電氣化建設(shè)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，探討了HXD1D型交流傳動(dòng)電力機(jī)車輔助系統(tǒng)供電工況，簡(jiǎn)析了輔助系統(tǒng)不間斷供電技術(shù)，為HXD1D型交流傳動(dòng)電力機(jī)車輔助系統(tǒng)安全運(yùn)行提供參考依據(jù)。
參考文獻(xiàn)
[1] 顏罡，李希寧，劉 勝. OZ-Y 型交流傳動(dòng)電力機(jī)車主輔電路[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2010（04）.
[2] 康明明，張彥林. HXD1C 型大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車主電路[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2012（05）.
（1. State Key Laboratory of Mechanical Transmission，Chongqing University，Chongqing 400030，China；
2. Shanxi Euease Automobile Co，Ltd，Xi'an，Shanxi 710043，China）
Abstract：The vehicle's fuel economy and emission are determined by parameters of power train and control strategy. In order to reduce the fuel consumption of plug-in hybrid electric vehicles(PHEV), the hybrid degree, gear ratio, final ratio and parameters for control strategy are chosen as orthogonal design factors. With the objective of achieving minimal fuel consumption under driving cycles, the optimal matching scheme for parameters of power train and control strategy is acquired by orthogonal design method. The simulation of performance and fuel economy is carried out with the model for plug-in parallel hybrid electric vehicles, and the results show that the fuel consumption is decreased by 5.58% after parameter optimization.
Keywords：plug-in hybrid electric vehicle；power train；control parameter；orthogonal design
近年來，插電式混合動(dòng)力汽車（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV）因其可以使用外接電網(wǎng)充電，純電動(dòng)行駛里程長(zhǎng)，節(jié)油率高，成為許多國家新一代電動(dòng)汽車發(fā)展計(jì)劃中實(shí)現(xiàn)車輛節(jié)能減排的重要技術(shù)途徑之一。如何優(yōu)化PHEV的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配和控制策略，是提高整車燃油經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。
王加雪等[1]運(yùn)用理論計(jì)算與實(shí)際循環(huán)工況功率需求分析相結(jié)合的方法對(duì)PHEV進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)功率匹配，結(jié)果表明該方法使整車功率匹配優(yōu)化。Karbowski和Sharer等[2-3]應(yīng)用全局最優(yōu)控制策略對(duì)PHEV在不同行駛循環(huán)工況下的性能研究表明，“混合控制”模式優(yōu)于“消耗-保持”模式。趙韓等[4]運(yùn)用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)主要影響燃油經(jīng)濟(jì)性的因素進(jìn)行了匹配和優(yōu)化，找出各因素影響的主次順序并得出其優(yōu)化水平，完成了對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化。
在已經(jīng)研制成功的陜汽插電式混合動(dòng)力公交客車樣車基礎(chǔ)上，根據(jù)整車動(dòng)力性和純電動(dòng)里程新要求重新確定了PHEV動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)方案，再利用正交試驗(yàn)方法，選取混合度、變速器傳動(dòng)比、主減速器傳動(dòng)比和整車控制參數(shù)作為正交設(shè)計(jì)因素進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以汽車行駛工況油耗最小為目標(biāo)，優(yōu)選出整車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)和控制策略參數(shù)的最佳匹配方案。利用基于Advisor軟件平臺(tái)建立的插電式并聯(lián)雙離合器混合動(dòng)力客車仿真模型，進(jìn)行整車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性仿真分析。
1 整車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)選擇
1.1 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
陜汽歐舒特PHEV結(jié)構(gòu)如圖1所示。一般情況下，汽車采用純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)起步并在低速時(shí)保持純電動(dòng)運(yùn)行模式，當(dāng)車速提高到中高速時(shí)，切換至純發(fā)動(dòng)機(jī)模式驅(qū)動(dòng)；當(dāng)遇到急加速或爬陡坡時(shí)，轉(zhuǎn)入混合模式驅(qū)動(dòng)；當(dāng)汽車減速制動(dòng)時(shí)，則切換至再生制動(dòng)能量回收模式。整車主要參數(shù)為：整備質(zhì)量m0=12 000 kg；滿載質(zhì)量m=16 500 kg；空氣阻力系數(shù)CD=0.65；迎風(fēng)面積A=7.85 m2；滾動(dòng)阻力系數(shù)f=0.011；傳動(dòng)效率ηt=0.85；車輪滾動(dòng)半徑r=0.47 m。整車的動(dòng)力性能指標(biāo)見表1。
1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)功率的選擇
發(fā)動(dòng)機(jī)排量對(duì)整車燃油經(jīng)濟(jì)性影響很大，為此選擇了兩種不同的設(shè)計(jì)方案。第1種方案是以滿足汽車最高車速行駛，同時(shí)能夠長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)爬坡的功率需求來確定發(fā)動(dòng)機(jī)功率，見式（1）。再加上發(fā)動(dòng)機(jī)附件和空調(diào)消耗功率，選取發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率為132 kW/2 500（r•min-1）。第2種方案是根據(jù)汽車的最高車速確定發(fā)動(dòng)機(jī)功率，并加上發(fā)動(dòng)機(jī)附件和空調(diào)消耗功率，選取發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率為105 kW。
， （1）
式中：Pe為發(fā)動(dòng)機(jī)功率；va為行駛車速；g為重力加速度；α為道路坡度。
1.3 電機(jī)特性參數(shù)的選擇
針對(duì)所選擇的兩種發(fā)動(dòng)機(jī)排量，分別確定電機(jī)的性能參數(shù)。對(duì)于第1種方案的發(fā)動(dòng)機(jī)，其搭配的電動(dòng)機(jī)連續(xù)功率應(yīng)滿足汽車純電動(dòng)最高車速要求，為此選取電機(jī)連續(xù)功率為50 kW，最大轉(zhuǎn)矩為340 N•m。電動(dòng)機(jī)的峰值功率和轉(zhuǎn)矩要滿足以下兩個(gè)條件：（1）滿足汽車全油門起步加速時(shí)，由靜止加速到50 km/h，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的加速時(shí)間要求。（2）滿足汽車在中國典型城市公交循環(huán)工況中運(yùn)行時(shí)的行駛功率和轉(zhuǎn)矩要求。經(jīng)計(jì)算，電動(dòng)機(jī)峰值功率選取為100 kW，最大轉(zhuǎn)矩為680 N•m。其余參數(shù)見表2。
對(duì)于第2種方案的發(fā)動(dòng)機(jī)，所搭配的電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行功率要滿足汽車純電動(dòng)最高車速60 km/h的要求，同時(shí)滿足電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)時(shí)汽車最大爬坡度的要求，再加上電動(dòng)空調(diào)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向助力和制動(dòng)所消耗的功率，得電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行的額定功率為75 kW，最大轉(zhuǎn)矩為475 N•m。電動(dòng)機(jī)峰值功率和轉(zhuǎn)矩的確定方法與前述相同，所得參數(shù)見表2。
電機(jī)作為發(fā)電機(jī)模式運(yùn)行時(shí)，其功率特性應(yīng)滿足充電功率和再生制動(dòng)功率需求。經(jīng)計(jì)算，發(fā)電機(jī)特性參數(shù)見表2。
1.4 傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比的選擇
主減傳動(dòng)比i0按汽車的最高車速等于或略微小于發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速的車速來選取。
， （2）
式中：np為發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速。
傳動(dòng)系統(tǒng)的最大傳動(dòng)比imax應(yīng)滿足汽車連續(xù)爬坡的要求。
． （3）
上式中對(duì)于第1種方案的發(fā)動(dòng)機(jī)Te=Temax，Tm=0。變減速器有3種規(guī)格，用B1 、B2和B3表示，為可選用的變速器方案(見表3)。經(jīng)過計(jì)算，與變速器B1、B2、B3分別聯(lián)合應(yīng)用，能同時(shí)滿足汽車的最高車速和最大爬坡度要求的主減速器傳動(dòng)比i0有3.909、4.88、5.13 3種規(guī)格，分別用C1、C2和C3 表示,作為可選的設(shè)計(jì)方案。
1.5 動(dòng)力電池組的確定
蓄電池連續(xù)運(yùn)行額定功率和峰值功率以在荷電維持階段分別滿足牽引電動(dòng)機(jī)連續(xù)功率和峰值功率需求來確定，并加上電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵、電動(dòng)空壓機(jī)等所消耗的功率。
蓄電池的額定容量和總能量根據(jù)汽車的純電動(dòng)里程確定，鋰電池的總電壓選擇為539.6 V，經(jīng)計(jì)算蓄電池組的容量為130 Ah，考慮到電池容量的衰減，選擇電池組的額定容量為150 Ah。蓄電池組的總能量由式（4）計(jì)算，為81 kWh。
， （4）
式中：Wb為電池的總能量；vm為車速，vm=40 km/h；Sm為純電動(dòng)里程；SOC0為初始SOC；SOCf為終點(diǎn)處SOC。
1.6 混合度
為方便正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的計(jì)算，以反映發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)功率相對(duì)大小的混合度作為動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)。計(jì)算得兩種發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)設(shè)計(jì)方案的混合度分別為A1=27.5%，A2=40%，作為發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的正交設(shè)計(jì)的可選設(shè)計(jì)參數(shù)。式（5）中A為混合度；Pm為電機(jī)連續(xù)功率；Pe為發(fā)動(dòng)機(jī)功率。
． （5）
影響插電式混合動(dòng)力汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的結(jié)構(gòu)因素主要有混合度、電池容量、電池組電壓、變速器傳動(dòng)比、主減速器傳動(dòng)比等?？紤]到電池容量和電池組電壓已經(jīng)選定，因此選擇混合度A、變速器傳動(dòng)比B和主減速器傳動(dòng)比C作為正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
2 插電式混合動(dòng)力汽車控制參數(shù)選擇
2.1整車控制策略
汽車控制策略可以根據(jù)車速、負(fù)載和蓄電池SOC值，來確定發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，使發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)和電池工作在高效率區(qū)域內(nèi)，降低整車燃油消耗。電力輔助控制策略[5]原理如圖2所示，控制邏輯見參考文獻(xiàn)[5]所述，電力輔助控制策略的控制變量見表4。
2.2 控制參數(shù)的選擇
整車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)各部件參數(shù)和控制參數(shù)的匹配直接影響汽車燃油消耗和排放，因此也將整車控制參數(shù)作為正交試驗(yàn)的因素進(jìn)行正交設(shè)計(jì)。以城市公交車平均每天行駛42個(gè)中國典型城市公交循環(huán)工況（總里程246 km）為基準(zhǔn)，計(jì)算整車油耗，對(duì)整車控制參數(shù)和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)各部件參數(shù)進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以總油耗最小為目標(biāo)優(yōu)選出最佳的設(shè)計(jì)方案。對(duì)表4中所示的5個(gè)控制變量在取值范圍內(nèi)選取多個(gè)不同數(shù)值，各控制參數(shù)的取值水平如下：cs_electric_launch_spd_1o取值范圍為[2 m/s,6 m/s]，用D表示，取4個(gè)水平[2 m/s，3.5 m/s，5 m/s，6 m/s]；cs_electric_launch_spd_hi取值范圍為[6 m/s，12 m/s]，用E表示，取4個(gè)水平[6 m/s，8 m/s，10 m/s，12 m/s]；根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的萬有特性曲線，為確保發(fā)動(dòng)機(jī)在經(jīng)濟(jì)區(qū)域工作，確定cs_off_trq_frac取值范圍為[0.3，0.6]，用F表示，取4個(gè)水平[0.3，0.4，0.5，0.6]；cs_min_trq_frac取值范圍為[0.3，0.75]，用G表示，取4個(gè)水平[0.3，0.45，0.6，0.75]；cs_chg_trq/min(fc_m-ax_trq)范圍為[0.1，0.4]，用H表示，取4個(gè)水平 [0.1，0.2，0.3，0.4]。
2.3 整車仿真模型的建立
運(yùn)用Advisor軟件進(jìn)行PHEV建模與仿真。通過在Advisor軟件現(xiàn)有單離合器并聯(lián)混合動(dòng)力汽車仿真模型基礎(chǔ)上，增加一個(gè)自動(dòng)離合器模塊，并修改整車和動(dòng)力系統(tǒng)各部件等模塊的仿真參數(shù)，建立了插電式雙離合器并聯(lián)混合動(dòng)力客車仿真模型[6]，如圖3所示。
3 插電式混合動(dòng)力客車參數(shù)正交設(shè)計(jì)
3.1 確定正交試驗(yàn)因素及水平
影響整車燃油經(jīng)濟(jì)性和排放的動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)和控制參數(shù)共有8個(gè)，分別是混合度A、變速器傳動(dòng)比B、主減速器傳動(dòng)比C、車速限值(低SOC時(shí))D、車速限值(高SOC時(shí))E、發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉轉(zhuǎn)矩系數(shù)F、發(fā)動(dòng)機(jī)最低工作轉(zhuǎn)矩系數(shù)G、充電轉(zhuǎn)矩與發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速下最大輸出的最小值之比H。將上述8個(gè)因素作為進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的因素，其中A為2水平，B、C為3水平，其余均為4水平的因素。
3.2 參數(shù)正交設(shè)計(jì)及結(jié)果分析
根據(jù)3.1節(jié)所確定的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素及其水平數(shù),選取混合正交表L32(21×32×46) [7]進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。空余的X列可以作為反映隨機(jī)誤差的大小或交互作用，正交設(shè)計(jì)方案及42個(gè)中國典型城市公交循環(huán)工況下油耗仿真結(jié)果見表5，其中循環(huán)工況起始時(shí)電池SOC為95%，結(jié)束時(shí)SOC為25%。
由表5可見,第26號(hào)（A2B3C3D2E1F3G3H1）設(shè)計(jì)方案的油耗45.89 L為最小油耗，但并不是其最優(yōu)組合。由效應(yīng)曲線圖4可知其最佳方案為A2B2C3D2E1F2G4H1。
上述最佳方案在正交試驗(yàn)表中未列出,由效應(yīng)曲線圖可以看出各控制參數(shù)D、E、F、G和H的取值還可以進(jìn)一步優(yōu)化，于是在最佳方案中的每一個(gè)控制參數(shù)取值附近再各取4個(gè)值，對(duì)控制策略進(jìn)行第2次正交試驗(yàn)優(yōu)化。選取D的4個(gè)水平為[3.3 m/s，3.5 m/s，3.9 m/s，4.3 m/s]；E的4個(gè)水平為[5.8 m/s，6 m/s，6.4 m/s，6.8 m/s]；F的4個(gè)水平為[0.37，0.4，0.43，0.46]；G的4個(gè)水平為[0.67，0.71，0.75，0.79]；H的4個(gè)水平為[0.1，0.12，0.14，0.16]。
選取L16(4)5正交表安排仿真，結(jié)果見表6。
第2次正交試驗(yàn)的因素與指標(biāo)的效應(yīng)曲線圖如圖6所示。由表6和圖5可以看出，第2次正交試驗(yàn)中各因素的調(diào)整對(duì)油耗影響不大，且通過效應(yīng)曲線圖可知，其最優(yōu)組合方案為D4E4F3G4H2，仿真油耗為45.81 L，最終選取參數(shù)和優(yōu)化前參數(shù)如下。
4 整車性能仿真分析
（1）采用正交設(shè)計(jì)優(yōu)選出的整車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)和控制參數(shù)，在中國典型城市公交循環(huán)工況下進(jìn)行燃油經(jīng)濟(jì)性仿真, 圖6是兩個(gè)中國典型城市公交循環(huán)工況下的仿真結(jié)果圖。
（2）在42個(gè)中國典型城市公交循環(huán)工況下動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性仿真結(jié)果見表7，表明其動(dòng)力性完全滿足要求。百公里油耗為18.6 L，與參數(shù)優(yōu)化之前的車型相比(19.7L/100 km)，油耗降低5.58%,燃油消耗有明顯降低。
圖7―圖9所示為42個(gè)中國典型城市公交循環(huán)工況下電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)分布圖和電池SOC變化曲線圖。由圖7可知，電機(jī)的正負(fù)轉(zhuǎn)矩工作點(diǎn)主要集中在高效率區(qū)域，說明整車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)和控制參數(shù)匹配能夠很好地滿足動(dòng)力與制動(dòng)能量回收的需要。由圖8可知，發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)主要集中在燃油消耗率比較低的中高負(fù)荷區(qū)域附近，說明制定的控制策略能使發(fā)動(dòng)機(jī)大部分時(shí)間工作在高效率區(qū)域，提高了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。由圖9可知，當(dāng)電池SOC大于25%時(shí)，處于荷電消耗階段，降到25%時(shí)，轉(zhuǎn)入荷電維持階段。
5 結(jié)論
（1）整車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)和控制策略直接影響汽車燃油消耗和排放。根據(jù)整車動(dòng)力性和純電動(dòng)里程要求確定了插電式并聯(lián)混合動(dòng)力客車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)方案。選取PHEV混合度、變速器傳動(dòng)比、主減速器傳動(dòng)比和整車控制策略參數(shù)作為正交設(shè)計(jì)因素進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以汽車行駛工況油耗最小為目標(biāo)，優(yōu)選出整車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)和控制策略參數(shù)的最佳匹配方案。
（2）基于電動(dòng)汽車仿真分析軟件Advisor，建立了插電式并聯(lián)雙離合器混合動(dòng)力客車仿真模型。采用正交設(shè)計(jì)優(yōu)選后的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)和控制策略參數(shù)，對(duì)整車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了仿真分析。結(jié)果表明動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)和控制參數(shù)優(yōu)化匹配合理，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。在42個(gè)中國典型城市公交循環(huán)工況下百公里油耗為18.6 L，與參數(shù)優(yōu)化之前的車型相比，油耗降低5.58%。
參考文獻(xiàn)(References):
王加雪，王慶年，吳棟，等．插電式混合動(dòng)力客車功率匹配與仿真[J]．吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2010，6(40)：1465-1472.
Wang Jiaxue，Wang Qingnian，Wu Dong，et al. Power Matching and Simulation for Plug-in Hybrid Electric Bus[J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition)，2010，6(40)：1465-1472. (in Chinese)
KARBOWSKI D，ROUSSEAU A，PAGERIT S P. Plug-in Vehicle Control Strategy：from Global Optimization to Real Time Application[C]. EVS22，October 2006.
SHARER P，ROUSSEAU A，KARBOWSKI D，et al. Plug-in Hybrid Electric Vehicle Control Strategy： Comparison between EV and Charge-depleting Options[C]. SAE Papers 2008-01-0460.
趙韓，代康偉，張炳力，等．基于正交試驗(yàn)方法的SHEB動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，31 (3) ：323-326.
Zhao Han，Dai Kangwei，Zhang Bingli，et al.Study on Power System Parameter Optimization for SHEB Based on Orthogonal Experiment Method[J]. Journal of Hefei University of Technology (Natural Science)，2008，31 (3)，323-326.(in Chinese)
Advisor Documentation[Z]. National Renewable Energy Laboratory，Version Advisor 2002.
范彪. 插電式并聯(lián)混合動(dòng)力客車建模及仿真[D]. 重慶：重慶大學(xué)，2011.
Fan Biao.Modeling and Simulation of a Plug-in Parallel Hybrid Electric Bus[D].Chongqing：Chongqing University，2011.(in Chinese)
關(guān)鍵詞 風(fēng)力發(fā)電；傳動(dòng)鏈故障； 診斷技術(shù)
【分類號(hào)】：TM315
1.風(fēng)力發(fā)電傳動(dòng)鏈介紹
所謂風(fēng)力發(fā)電，就是指通過某種手段將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能。作為一種清潔的可再生能源，風(fēng)能收到越來越多的關(guān)注與重視。我國風(fēng)能資源豐富，可開發(fā)利用的風(fēng)能儲(chǔ)量達(dá)到10億kW：陸地上的風(fēng)能儲(chǔ)量為2.53億kW左右，海上可開發(fā)和利用的風(fēng)能儲(chǔ)量為7.5億kW。風(fēng)力發(fā)電是把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械動(dòng)能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電力動(dòng)能，這就是風(fēng)力發(fā)電，其根本原理是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。
就我國來說，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)占到我國用電總量的很大一部分。但是，由于各種主客觀因素的影響，風(fēng)力發(fā)電的過程中會(huì)出現(xiàn)一些故障，影響發(fā)電過程以及電能的應(yīng)用效率。為了更好地做好故障診斷工作，國內(nèi)相關(guān)工作人員都進(jìn)行了大量的研究，還開發(fā)出大型的傳動(dòng)鏈故障診斷系統(tǒng)。傳動(dòng)鏈?zhǔn)怯蓛?nèi)鏈接和外鏈接兩部分組成的，還包括五個(gè)小部件：內(nèi)鏈板、外鏈板、銷軸、套筒以及滾柱。傳動(dòng)鏈在風(fēng)力發(fā)電的過程中常見的。風(fēng)機(jī)發(fā)電組通過風(fēng)輪葉片將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)出電能。風(fēng)電機(jī)組按照葉片可以分為雙葉式、三葉式和多葉式；而按照傳動(dòng)鏈的連接方式可以分為變速箱式和直驅(qū)式等。下面，筆者將對(duì)風(fēng)力發(fā)電傳動(dòng)鏈故障診斷技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的分析。
2.傳動(dòng)鏈故障診斷的基本原理
傳動(dòng)鏈故障診斷的方法有很多種。一般來說，按照診斷環(huán)境來說，可以分為離線和在線；按照檢測(cè)手段來分，可以分為振動(dòng)、噪聲、溫度、壓力以及聲發(fā)射等；按照診斷方法來說，可以分為頻域、時(shí)域、統(tǒng)計(jì)、信息理論、模式識(shí)別或者人工智能等。大部分故障診斷系統(tǒng)是以振動(dòng)分析為主要的診斷手段，振動(dòng)分析法也是目前傳動(dòng)機(jī)故障分析的最主要技術(shù)之一。
在檢測(cè)過程中，工作人員要對(duì)機(jī)器主要部分的振動(dòng)量，包括位移、速度以及加速度等方面進(jìn)行測(cè)定，并與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行相應(yīng)的比較，以此得出傳動(dòng)鏈的具體運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。該種故障診斷的優(yōu)點(diǎn)是故障診斷的十分精確，可以進(jìn)行故障的定位工作；但是，診斷的過程中需要加裝傳感器和信號(hào)采集設(shè)備，診斷過程中的投資額度較大。傳動(dòng)鏈故障診斷過程中應(yīng)用最廣泛的方法使頻域分析法。該種方法就是通過快速富立葉變化將原來的時(shí)域波形轉(zhuǎn)變?yōu)轭l譜，這些頻譜與故障之間有著高度地對(duì)應(yīng)關(guān)系。
3.風(fēng)力發(fā)電傳動(dòng)鏈故障診斷的具體流程
風(fēng)力發(fā)電傳動(dòng)鏈故障的診斷是一個(gè)系統(tǒng)性工程，需要多方面的共同努力與配合。下面，筆者將對(duì)風(fēng)力發(fā)電傳動(dòng)鏈故障診斷的具體流程進(jìn)行闡述。
風(fēng)機(jī)的傳動(dòng)鏈系統(tǒng)通常是由葉片、主軸、增速齒輪箱、連軸器、發(fā)電機(jī)等多個(gè)部件組成的，工作人員也可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。傳動(dòng)鏈?zhǔn)莿?dòng)態(tài)作用的，因此，我們必須關(guān)注其動(dòng)態(tài)特征。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈系統(tǒng)的故障主要可以分為三個(gè)方面，包括傳動(dòng)鏈震動(dòng)、噪聲以及共振問題等。而風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)鏈故障分析可以分為兩種手段進(jìn)行 數(shù)值仿真與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，從而診斷出故障的具體激勵(lì)，明確故障發(fā)生的原因與維護(hù)的建議。
4.風(fēng)力發(fā)電傳動(dòng)鏈故障診斷技術(shù)分析
風(fēng)力發(fā)電傳動(dòng)鏈的故障診斷是一項(xiàng)較為復(fù)雜的工作。下面，筆者將會(huì)結(jié)合具體的案例，根據(jù)仿真數(shù)據(jù)做好現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算工作。
4.1數(shù)值仿真
對(duì)于數(shù)值仿真方面，我們主要從風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的角度入手，在仿真過程中要注意借鑒多體動(dòng)力學(xué)仿真如見，對(duì)傳動(dòng)鏈的固有特性以及其動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行分析，從而甄別出傳動(dòng)鏈的共振源，診斷出傳動(dòng)鏈中各個(gè)部件的震動(dòng)問題及噪聲的大小等。
而數(shù)值仿真工作有包括以下步驟：第一，工作人員要建立柔性的多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。我們知道數(shù)值仿真的根本原理是建立在多體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)之上的，風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈則是由多個(gè)剛體和柔性體共同組成的系統(tǒng)，也就被稱為柔體多體系統(tǒng)。在數(shù)值仿真的過程中，相關(guān)人員要將復(fù)雜的風(fēng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)模型簡(jiǎn)化成等效的動(dòng)力學(xué)模型，這就需要相關(guān)工作人員具備傳動(dòng)鏈系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)拓?fù)鋱D，并能夠輸入傳動(dòng)鏈 各個(gè)部件的剛度、質(zhì)量、慣性矩等等參數(shù)，之后再通過力元將各個(gè)部件連接起來，最終完成系統(tǒng)模型。
第二，要做好頻域分析工作。所謂頻域分析，就是指在系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)精確建模的基礎(chǔ)之上，相關(guān)人員要進(jìn)行模態(tài)計(jì)算，并從中得出風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈系統(tǒng)的固有頻率值及振型等。但是，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)祭祖的轉(zhuǎn)速較快，激勵(lì)頻率帶也相對(duì)較寬，傳動(dòng)鏈容易發(fā)生共振現(xiàn)象，也會(huì)對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成一定的影響。因此，在對(duì)風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈系統(tǒng)進(jìn)行頻域分析時(shí)，工作人員又要通過一定的步驟對(duì)潛在的共振點(diǎn)進(jìn)行分析：首先，要對(duì)切入、切出以及耳釘狀態(tài)下傳動(dòng)鏈系統(tǒng)的模態(tài)進(jìn)行分別計(jì)算。其次，要根據(jù)風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈系統(tǒng)在不同模態(tài)頻率下的振型和模態(tài)能量的分布特征繪制能量分布圖，從而篩選出那些扭轉(zhuǎn)振型，和扭轉(zhuǎn)方向能量的固有頻率。再次，要根據(jù)篩選出的固有頻率和傳動(dòng)鏈熊的激勵(lì)頻率機(jī)制繪制出工作轉(zhuǎn)速之內(nèi)的坎貝爾圖，坎貝爾圖中的焦點(diǎn)位置也就是風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈熊中的潛在共振點(diǎn)。頻域分析的根本目的是通過對(duì)照風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈系統(tǒng)的模態(tài)能量分布和坎貝爾圖，對(duì)共振點(diǎn)進(jìn)行初步的甄別，從而采取措施進(jìn)行防震工作。
第三，做好時(shí)域分析工作，對(duì)傳動(dòng)鏈系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)計(jì)算，從而得出系統(tǒng)的震動(dòng)加速度與速度，進(jìn)一步甄別共振點(diǎn)，處理系統(tǒng)噪聲和震動(dòng)問題。要辨別出傳動(dòng)鏈系統(tǒng)的內(nèi)、外部激勵(lì)，從而使得風(fēng)機(jī)在驅(qū)動(dòng)力的作用下橫過整個(gè)區(qū)間。要分析扭矩掃頻響應(yīng)，繪制三維坎貝爾圖。還對(duì)共振點(diǎn)進(jìn)行定性分析，看是否會(huì)出現(xiàn)震動(dòng)加劇情況 最后，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，判斷系統(tǒng)是否存在振動(dòng)過大現(xiàn)象。
4.2現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算
進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的根本目的就是為了評(píng)價(jià)目標(biāo)風(fēng)機(jī)的健康狀況。下面，筆者將從三個(gè)方面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算工作進(jìn)行分析。
4.2.1確定測(cè)試位置
工作人員要通過數(shù)值分析的結(jié)果來確定風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈系統(tǒng)中振動(dòng)較大的元件，并在齒輪箱位置做好測(cè)試點(diǎn)的布置工作，當(dāng)然也要兼顧其他的部件，主要以齒輪箱的扭力臂、主軸承座為主要的測(cè)試點(diǎn) . 在測(cè)試過程中，要根據(jù)測(cè)試點(diǎn)的選取情況，分析計(jì)算結(jié)果，設(shè)置合理的寬帶。
4.2.2執(zhí)行測(cè)試
測(cè)試前要對(duì)傳動(dòng)鏈進(jìn)行振動(dòng)的基準(zhǔn)測(cè)試，由于風(fēng)載的強(qiáng)隨性，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況相對(duì)復(fù)雜。因此，在執(zhí)行測(cè)試之前，工作人員要做好系統(tǒng)檢測(cè)工作。
4.2.3數(shù)值分析
要利用振動(dòng)測(cè)試儀器作為傳動(dòng)鏈加速度的傳感器，對(duì)風(fēng)機(jī)一段時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定的工況進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與分析，并做好傅里葉的變換等工作，從而得出噪聲、振動(dòng)等的水平參數(shù)。之后，要結(jié)合數(shù)值仿真的結(jié)果和各個(gè)元件的固有頻率值，定位問題元件，并對(duì)出現(xiàn)問題的原因作出合理的介紹，為后續(xù)的維修工作提供建議。
5.總結(jié)
總之，風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)鏈故障分析的難度較大、復(fù)雜程度較高。這需要相關(guān)工作人員了解風(fēng)機(jī)作用的根本原理，熟悉各個(gè)部件的性能，以便能勝任檢測(cè)與調(diào)試工作。同時(shí)，相關(guān)單位必須注意引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，做好設(shè)備的采購工作，保證設(shè)備的良性、合理運(yùn)轉(zhuǎn)，提高工作效率，避免各種故障的發(fā)生。
參考文獻(xiàn)
[1]安學(xué)利，蔣東翔，陳杰，劉超. 基于ITD和LS-SVM的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸承故障診斷[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備. 2011（09）
[2]和曉慧，劉振祥. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)[J]. 風(fēng)機(jī)技術(shù). 2011（06）
[3] 陳雪峰，李繼猛，程航，李兵，何正嘉. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)的研究與進(jìn)展[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2011（09）
[關(guān)鍵詞]煤礦提升機(jī)；電力傳動(dòng)；交流全數(shù)字控制系統(tǒng)
中圖分類號(hào)：TD63+3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）11-0329-01
1 前言
煤礦生產(chǎn)安全受全國之關(guān)注，煤礦事故頻發(fā)，中央樁關(guān)領(lǐng)導(dǎo)特別重視，相關(guān)部委下發(fā)文件，推廣《數(shù)字化瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)》。煤礦安全不僅僅是瓦斯，只不過于瓦斯事故比較起來，其他設(shè)備事故顯得較小，但也不容忽視。礦井提升機(jī)電力拖動(dòng)交流電控系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)是對(duì)稱硅過電壓吸收器和適用于頻繁起動(dòng)的專用真空接觸器。
近幾年煤礦事故不斷發(fā)生，提升機(jī)電控失控造成全速過卷事故也時(shí)有發(fā)生，給煤礦安全生產(chǎn)造成巨大損失。為此國家列出專項(xiàng)，重點(diǎn)創(chuàng)新項(xiàng)目煤礦提升機(jī)電力傳動(dòng)交流全數(shù)字控制系統(tǒng)。
2 國內(nèi)現(xiàn)狀
我國煤礦提升機(jī)電力傳動(dòng)控制系統(tǒng)，在20世紀(jì)80年代中期之前全部采用傳統(tǒng)的仿蘇式裝備，技術(shù)水平低，性能落后，“七五”到“九五”期間，一些科研單位對(duì)提升機(jī)交流傳動(dòng)系統(tǒng)中的組成單元進(jìn)行研制創(chuàng)新，先后開發(fā)了TGZH3-250/6型高壓真空換向柜，TDZK-600/1140型電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子調(diào)速柜，1989年中南煤炭機(jī)電研究所展開采用可控硅開關(guān)原理應(yīng)用于調(diào)速電路中，采用PLC作主控設(shè)備的研制，1993年在我國煤炭生產(chǎn)中得到了應(yīng)用，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)起到了良好的作用。
在七五期間，國家明令淘汰五十年代初期生產(chǎn)的CG5―150/6型空氣換向器，至今已30年之久，我國有些煤礦還在使用。造成之一原因是替代產(chǎn)品高壓真空換向器在頻繁的工作中產(chǎn)生有過電壓直接危害礦井提升機(jī)電動(dòng)機(jī)的安全。
近幾年真空接觸器的觸頭材質(zhì)配方有所改變。很多廠家認(rèn)為截流參數(shù)變小，采用真空接觸器配合電容和電阻或壓敏電阻就能保證提升機(jī)的安全，所以有很多生產(chǎn)高壓真空換向柜的廠家，這些產(chǎn)品采用市售真空接觸器和壓敏電阻等是造成燒壞電機(jī)的主要原因。礦井提升以較高的速度往復(fù)運(yùn)行的，在一定的距離內(nèi)，完成上升與下降的任務(wù)。必須具備良好的機(jī)械性能，在此基礎(chǔ)上，為確保提升機(jī)能夠達(dá)到高效、安全，可靠地連續(xù)工作，還應(yīng)該具有良好的電氣控制設(shè)備和完善的保護(hù)裝置閉。考慮上述分析的關(guān)于礦井提升機(jī)的工作特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，安全可靠、運(yùn)行高效目定位準(zhǔn)確的能力對(duì)于礦井提升機(jī)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)具有很大的幫助，這樣才能有效地滿足礦井提升工藝過程的需要。目前正在應(yīng)用的礦山電力拖動(dòng)系統(tǒng)方案有交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、晶閘管供電的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速、晶閘管交一交變頻同步電動(dòng)機(jī)矢量控制方案、交流電動(dòng)機(jī)雙PWM交一直一交直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)等。
3 系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)
交流全數(shù)字控制系統(tǒng)是在以往多項(xiàng)科研成果、科技攻關(guān)、國家專利的基礎(chǔ)上，進(jìn)行技術(shù)綜合和創(chuàng)新提高，推出一種集高壓真空轉(zhuǎn)換柜、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子真空柜或可控硅調(diào)速柜，主控、制作等操作功能的全數(shù)字話及自動(dòng)監(jiān)測(cè)、多種安全保護(hù)齊全的控制系統(tǒng)。擁有獨(dú)立的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
（1）主執(zhí)行機(jī)構(gòu)： 型高壓真空轉(zhuǎn)換柜，采用專利技術(shù)，河南省重點(diǎn)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目往復(fù)式真空接觸器，可根據(jù)電壓等級(jí)的不同應(yīng)用于6KV、10KV、3.6KV等不同場(chǎng)合，操作過電壓的概率為0.02%，徹底解決了由于頻繁的操作引起的過電壓損壞電機(jī)和事故的發(fā)生。
（2）調(diào)速機(jī)構(gòu)：TGZK-600/1140型轉(zhuǎn)子真空柜、TSCR-3500/3500型轉(zhuǎn)子可控硅柜，該產(chǎn)品在實(shí)際工作中性能穩(wěn)定可靠，真空接觸器分合閘速度快、特性好，系統(tǒng)控制電壓選配合適，故障率很小?？煽毓杞粨Q開關(guān)的應(yīng)用也是一項(xiàng)成熟技術(shù)，關(guān)鍵是選配可控的配對(duì)誤差，為實(shí)現(xiàn)斬波調(diào)速控制轉(zhuǎn)子電阻打下基礎(chǔ)。
（3）電源供給機(jī)構(gòu)：TGZK-600/10型高壓真空開關(guān)柜，配裝GN28-630/10型真空斷路器和CD11型操作機(jī)構(gòu)組成，具備電壓、電流環(huán)節(jié)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)高壓停電閉鎖，檢修斷電安全保護(hù)。
（4）主控機(jī)構(gòu)：過去的繼電器邏輯電路由軟件實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行參數(shù)可用程序設(shè)定，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)控制。具有多項(xiàng)運(yùn)行圖形顯示和齊全的保護(hù)功能。系統(tǒng)采用了高性能的PLC模塊化結(jié)構(gòu)，主要包括主控系統(tǒng)、檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、上位機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)。
4 選擇高壓真空換向柜的條件
（1）我國煤礦生產(chǎn)90%為交流電機(jī)拖動(dòng)礦井，提井機(jī)工作，在電控系統(tǒng)中，效能的執(zhí)行者是換向控制柜，它直接控制提升機(jī)的上升和下降，是煤礦企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中的重中之重。本文結(jié)合煤礦安全生產(chǎn)，和目前多家煤礦使用相關(guān)產(chǎn)品存在的問題提出建議，供今后選用產(chǎn)品時(shí)比較。
（2）高壓真空換向柜依據(jù)提升及所需電控情況而定。有配動(dòng)力制動(dòng)和低頻制動(dòng)之分，內(nèi)設(shè)有專用的換向真空接觸器和電氣與機(jī)械閉鎖裝置。
（3）過電壓吸收裝置很關(guān)鍵，前文簡(jiǎn)單的描述了過電壓的機(jī)理于相關(guān)條件，證明了開關(guān)截流不是控制操作過電壓的有襯條件。
（4）阻容過電壓吸收式不能全過程對(duì)真空換向時(shí)的操作過電壓起到保護(hù)作用，因?yàn)樗c開關(guān)和電機(jī)串聯(lián)后梅成一個(gè)整體，滿陣耦合相互作用，有時(shí)很容易形成電流等值。
（5）每種型號(hào)的真空換向柜應(yīng)有相對(duì)應(yīng)的國家測(cè)試機(jī)構(gòu)過電壓的測(cè)試報(bào)告，科學(xué)技術(shù)鑒定證書等。
5 系統(tǒng)控制理論
提升機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定和控制特性的好壞，與電機(jī)的特性、干擾信號(hào)的形式和幅值，控制方案以及控制規(guī)律有關(guān)。所以在控制方案設(shè)計(jì)合理、設(shè)備安裝正確的前提下，這個(gè)控制系統(tǒng)的質(zhì)量就取決于控制器的選型和PID參數(shù)的整定。
（1）具有比例作用的控制器，具有3種控制的優(yōu)點(diǎn)：比例作用的特點(diǎn)是控制器的輸出和偏差大小成比例；控制作用及時(shí)，積分作用特點(diǎn)是能夠消除余差；微分作用特點(diǎn)是控制器的輸出與偏差的變化速度成正比，有超前作用，能有效地克服控制對(duì)象的容量滯后，三作用控制器的功能較為完善，在提升機(jī)全數(shù)字系統(tǒng)中將發(fā)揮他的優(yōu)良作用。
（2）提升速度V=KP/T，每個(gè)脈沖代表的距離為K，時(shí)間間隔為T，提升距離H=KN，計(jì)數(shù)脈沖為N，脈沖差值P。在相等的時(shí)間內(nèi)讀取脈沖數(shù)值，除以間隔時(shí)間，從而得出速度。
6 抗干擾措施
該系統(tǒng)本身以適應(yīng)惡劣的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境，有較高的抗干擾能力，內(nèi)部有信號(hào)調(diào)節(jié)和濾波，有良好的抗電子噪聲干擾能力，CPU單元及每個(gè)I/O單元中，已具有電源多重濾波。系統(tǒng)電路中加裝穩(wěn)壓電源提高系統(tǒng)的供電質(zhì)量外，又加裝了電源隔離裝置，頻率信號(hào)用屏蔽線輸送，抗干擾端子和主機(jī)大地端子接地，軟件系統(tǒng)采用數(shù)字濾波，輸入、輸出電源采用抗干擾能力強(qiáng)的開關(guān)電源等措施。
7 結(jié)語
煤礦的安全生產(chǎn)，礦井提升機(jī)運(yùn)輸為重中之重。由于我國礦井提升機(jī)電控生產(chǎn)廠家之多，真空換向柜被國家列為CG5空氣換向器的替代產(chǎn)品。產(chǎn)品型號(hào)繁雜，多數(shù)產(chǎn)品屬無證產(chǎn)品，更不可能有國家相關(guān)的測(cè)試證書、鑒定證書，給很多使用單位造成電機(jī)損壞，影響礦井的提升和安全。煤礦提升機(jī)電力傳動(dòng)交流全數(shù)字控制系統(tǒng)是以多項(xiàng)科研成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)綜合和創(chuàng)新推出的一種全數(shù)字及自動(dòng)監(jiān)測(cè)、圖形顯示、多種保護(hù)齊全的控制系統(tǒng)。其中 TGZH3 - 250/6 系列；TGZK - 600/1140 系列；TDPC - G 型可編程控制柜已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)各大煤礦。
參考文獻(xiàn)：
[1] 葛立臣.煤礦提升機(jī)的電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)[J].科技與企業(yè)，2011，（16）.
關(guān)鍵詞：風(fēng)能；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；傳動(dòng)技術(shù)； 優(yōu)化系統(tǒng)
風(fēng)能，作為一種可再生的綠色清潔能源，引起了越來越多的人的關(guān)注。而對(duì)于我們風(fēng)能大國，更是應(yīng)該，高效科學(xué)的去發(fā)展風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)，為我國，為我人民創(chuàng)造更多的財(cái)富。將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要作用，并且風(fēng)能與電能轉(zhuǎn)化過程中的布局和傳動(dòng)方式都影響著發(fā)電機(jī)的發(fā)電效能。而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)中的一種，我們要不斷去優(yōu)化內(nèi)部系統(tǒng)，加強(qiáng)傳動(dòng)技術(shù)的作用。這種技術(shù)也為我們解決了很多難題。因此，我將在我下面的文章中具體去闡述和分析一下該技術(shù)。
1.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)的構(gòu)造與原理
在講風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)的構(gòu)造與原理時(shí)，我主要通過三方面來說，即風(fēng)力發(fā)電電源的構(gòu)成與發(fā)展，傳動(dòng)技術(shù)，偏航和變槳距傳動(dòng)技術(shù)。下面就具體來闡述一下?！帮L(fēng)力發(fā)電機(jī)組、支撐塔架、并網(wǎng)控制器、蓄電池組、逆變器、卸荷器、蓄電池充電控制器、”等是組成風(fēng)力發(fā)電電源的基本的部件構(gòu)成；而風(fēng)輪和發(fā)動(dòng)機(jī)則是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要構(gòu)成，其中發(fā)電機(jī)組當(dāng)中的風(fēng)輪則包含車轂、葉片等組成構(gòu)件；并且葉片能夠通過風(fēng)力進(jìn)行旋轉(zhuǎn)發(fā)電、推動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)頭轉(zhuǎn)動(dòng)。鑒于要開發(fā)使用低能環(huán)保的綠色能源，所以這一技術(shù)，在當(dāng)今不斷的得到改進(jìn)與發(fā)展。我們國家很早以前就會(huì)使用傳動(dòng)技術(shù)，如齒輪傳動(dòng)、繩帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)。傳動(dòng)技術(shù)，能夠通過改變力的方向和速度，并使得傳動(dòng)裝置部件的選用和設(shè)計(jì)要配比風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的要求?！昂?jiǎn)單的構(gòu)造，平穩(wěn)的傳輸、以及噪音的最小化，是帶傳動(dòng)的顯著特點(diǎn)。這些傳動(dòng)帶自身攜帶的功能能起到緩沖吸振的作用，就算是超載，也只會(huì)在帶輪上打滑，不會(huì)對(duì)其他零件磨損，產(chǎn)生很好的保護(hù)作用。常用的帶傳動(dòng)有兩種形式，即平帶傳動(dòng)和V帶傳動(dòng)。我將引用宣安光，在對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)的探討中的對(duì)偏航和變槳距傳動(dòng)技術(shù)的分析來詮釋，即“為了獲取足夠的風(fēng)能，偏航機(jī)構(gòu)必須始終要處于迎風(fēng)位置，這樣才能及時(shí)追蹤風(fēng)向的變化。當(dāng)風(fēng)力機(jī)開始偏轉(zhuǎn)時(shí)，偏航加速度將產(chǎn)生沖擊力距。偏航轉(zhuǎn)速和其加速度成正比，成倍增加了沖擊力。”
2.機(jī)組動(dòng)力傳動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)問題
由于發(fā)電機(jī)組自身，對(duì)環(huán)境要求和使用工況條件比較特殊，因此它對(duì)傳動(dòng)裝置有著嚴(yán)格的要求；外加上，有很多外在的不確定的因素，也會(huì)使風(fēng)力機(jī)組變得異常的不穩(wěn)定，常見的問題主要有風(fēng)輪變化多端，異常載荷，導(dǎo)致電網(wǎng)不夠穩(wěn)定；機(jī)艙剛性不足，則會(huì)引起強(qiáng)烈振動(dòng)。此時(shí)傳動(dòng)技術(shù)則起著至關(guān)重要的作用。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的傳動(dòng)鏈的運(yùn)作原理是，通過風(fēng)帶動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，葉輪與齒輪箱通過主軸剛性連接，經(jīng)過齒輪箱的增速從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電。齒輪箱內(nèi)部的輸入軸軸承除承受轉(zhuǎn)矩以外，還需要承受彎矩及徑向力和軸向力，需要加強(qiáng)齒輪箱的箱體和行星架兩端的軸承；齒輪箱彈性支撐的作用是吸收沖擊轉(zhuǎn)矩，風(fēng)輪傳過來的傾覆力矩和徑向力和軸向力由兩個(gè)軸承吸收，前軸承起支撐作用，后軸承會(huì)將載荷轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)矩， 由于上述， 所以只有轉(zhuǎn)矩進(jìn)入齒輪箱， 在一定程度上保護(hù)了齒輪箱。而齒輪箱的外形的設(shè)置，根據(jù)傳動(dòng)鏈的要求，對(duì)于變漿距風(fēng)機(jī)，輸出周和輸入軸的距離是有要求的，齒輪箱的結(jié)構(gòu)一般為1p+2h，2P+1h，2p/1p的。隨著科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展，現(xiàn)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的傳動(dòng)效率越來越高，發(fā)電機(jī)由風(fēng)力機(jī)經(jīng)過傳動(dòng)裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以這種方式無疑要恒定風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種方式會(huì)影響到風(fēng)能的轉(zhuǎn)換效率；另一種方式就是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速變化，通過其它的手段保證輸出電能的頻率恒定，即變速恒頻運(yùn)行。風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)跟葉尖速比（葉輪尖的線速與風(fēng)速的比值）有關(guān)，存在某一確定的葉尖速比，使Cp達(dá)到最大值。
3.導(dǎo)致直驅(qū)永磁型和雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)效率上的差異原因
直驅(qū)永磁型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在穩(wěn)定性，功率因數(shù)也不易調(diào)節(jié)，傳動(dòng)效率的成熟上，實(shí)際應(yīng)用中都不如雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，但在低風(fēng)速區(qū)域，直驅(qū)永磁型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備具有優(yōu)勢(shì)，能夠相對(duì)高效的傳動(dòng)。兩者的驅(qū)動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)不同，雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有齒輪箱，維護(hù)成本高，直驅(qū)永磁型則無齒輪箱或低傳動(dòng)比；電機(jī)種類的不同，雙饋異步屬于電勵(lì)磁，直驅(qū)永磁型是永磁，需要考慮永磁體退磁問題；變流單元的不同，雙饋異步，IGBT，單管額定電流小，技術(shù)難度大；直驅(qū)永磁型IGBT，單管額定電流大，技術(shù)難度小等問題都會(huì)導(dǎo)致兩者在傳動(dòng)效率的不一樣。
4.小結(jié)
本人結(jié)合多年實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，就風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)展開了探討，系統(tǒng)地詮釋了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)的構(gòu)造與原理，并且分析了機(jī)組動(dòng)力傳動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)問題；和導(dǎo)致直驅(qū)永磁型和雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)效率上的差異原因。但是由于自身知識(shí)和見識(shí)的局限，可能不能說的那么全面，只是希望大家能通過我的文章能夠多多關(guān)注風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
[1] 宣安光； 對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)的探討[J]；期刊； 2010年03期
[2] 趙朦朦； 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置與布局優(yōu)化[J]；期刊；2012年03期
[3] 張梅有； 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)常見故障分析[J]；期刊；2012年03期
