XDE系列电传动矿卡电驱动系统简介

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电驱动系统示意图
交流 滤波器 直流 交流
柴油机
交流发电机
整流器
变流器
电动轮
制动电阻栅
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电驱动原理
交—直—交变频：先把频率固定的交流电整流成直流电，再 把直流电逆变成频率连续可调的三相交流电。 PWM脉宽调制：输出电压的大小通过改变输出电压脉冲的占空 比来实现。 电压型直流环节储能方式：直流环节的储能元件是电容器。
矿山机械研究所
XDE系列电传动矿卡电驱动 系统简介
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电驱动系统简介
到目前为止，矿卡经历了机械传动、 交-直电驱动、交-直-交电驱动等三代技 术发展。徐工系列电传动矿卡均采用当前 最先进、可靠的交直交电驱动技术。
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电驱动原理
交流驱动电动轮矿用汽车的工作原理是：发动机发出的 机 械能通过与飞轮连接的交流发电机转换为电能（三相交流 电）。 三相交流电经过整流器及滤波器转换为直流电。 再经过逆变器（变频器）转换为三相交流电驱动矿车，也就 是将电能转换为机械能。 动力制动（电制动）：轮马达由电动机状态变为发电机状 态，将车轮由于惯性产生的机械能转换为电能（三相交流 电），经逆变器反向整流后，转换成直流电，电能经电阻栅 转变成热能，释放到大气中。 整个矿车的驱动就是一个能量转换的过程。
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变频器的保护
过电压保护
在PWM调制方式中，电路是以脉冲 的方式进行工作的，由于电路中存在 着绕组电感和布线电感，所以在每一 个脉冲的上升和下降过程中，可能产 生峰值很大的脉冲电压，这个电压将 叠加在直流电压上，形成具有破坏性 的脉冲高压。 在设备上使用了瞬间断路器TC （Transient chopper），当DC Link 电压超过1575V时，TC打开，电压经 制动电阻消耗，当电压降到1475V时， TC关闭。功能是消除电压峰值。
逆变器控制模块
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需注意的事项
在运行过程中以及熄火之后的10分钟之内， 人员不得靠近发电机、电动机、变流器、制 动电阻等带有高压电的设备，以防发生严重 触电事故。
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• •
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控制原理
低压：24V 及（+15V、-15V、+5V、-5V和0V） VDC Ib Ic n ΦA Invertor Control ΦB Model ΦC (ICM) Invertor Control ΦB Model ΦC (ICM) ΦA Gate driver 门驱动器
相位模块温度传 感器
轮马达温度传感 器
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变频器的保护
• 负载侧接地保护： • 当电动机的绕组或变频器 到电动机之间的传输线中 有一相接地，将导致三相 电流不平衡（两相以上同 时接地则形成短路）。当 检测出三相电流不平衡时， 将立即进行保护。
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变频器的保护
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PWM—脉宽调制（Pulse Width Modulation）
脉冲宽度调制技术，通过对一 系列脉冲的宽度进行调制，来 等效地获得所需要波形（含形 状和幅值） 在改变输出频率的同时也改变 输出电压的占空比(幅值不变)。 占空比=脉冲宽度 /（脉冲宽度 + 脉冲间隔宽度）。 电压的平均值和占空比的大小 成正比，所以在调节频率时， 不改变直流电压的幅值而改变 输出电压的占空比，也同样可 以实现变频也变压的效果。
EMI及谐波防护
• • EMI（Electro Magnetic Interference)电磁干扰： 高频化和大容量化使装置内部电压、电流发生剧 变，不但使器件承受很大的电压电流应力，还在 装置的输入输出引线及周围空间里产生高频电磁 噪声，引发电气设备的误动作。 谐波会使输入电流波形严重失真。 EMI电容器的作用是将IGBT产生的电磁噪声释放。
DC-
DC+
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变频器的保护
欠电压及瞬间停电保护：
储能元件（滤波电容） 在高电压时充电，吸收 谐波及电压波峰，在低 电压时放电，维持系统 电压平稳。
关机后电容电压经电阻 释放。
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变频器的保护 • 过热保护：
• 在两个轮马达内、每 个相位模块上及主发 电机的转子和定子上 均装有温度传感器。 • 当温度超过规定值后， 系统会发出指令使车 辆显示故障并退出牵 引状态。
徐州徐： 1.整流器由六个二极管组成全桥式整流，将发电机发出的三相交流 电全波整流成直流电。 2.滤波器：滤平全波整流后的电压波纹；当负载变化时，使直流电 压保持平稳。
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交—直—交变频
直—交部分：
直流—交流（DC—AC）变换电路又称逆变器（inverter），能够将直流电 能转换成频率可调的交流电能，使直流电源向交流负载提供能量。
加速及制动踏板
扭矩命令 反馈扭矩命令
高压：14001500VAC IGBT IGBT IGBT 左轮 IGBT
相位模块
I/O truck Interface 发动机 交流发电机
System Controller Assembly (SC)
扭矩命令 反馈扭矩命令
engine Alt Ifeld
右轮
系统控制器
u a)
O u
t
b)
O 图6-3
t
用PWM波代替正弦半波
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变频器的保护
• 过电流保护： 在实际工作中，大部分负载都是经常变动的，因 此在工作过程中或在升、降速过程中，短时间的过电 流是难免的。 通过改变变频器的频率，来降低电流。当工作电 流超过限定值时，变频器自动地适当降低其工作频率， 当工作电流降到限定值以下时，工作频率再逐渐恢复。
三相桥式逆变器主电路 徐州徐工挖掘机械有限公司
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交—直—交变频
绝缘栅双极晶闸管IGBT：
交直交驱动形式的发展、成熟离不开IGBT的发展。IGBT相当于一个电子开 关，由门驱动电路控制，每秒钟开断次数可达100-10000次.是强弱电的隔 离、执行器件。
IGBT结构图
IGBT图形符号
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