針對(duì)鐵路提速的需要，開發(fā)交流電傳動(dòng)工程作業(yè)機(jī)車是相當(dāng)必要的。該車設(shè)計(jì)要求應(yīng)具有兩種運(yùn)行方式：即高速、長(zhǎng)距離牽引運(yùn)行狀態(tài)和超低速穩(wěn)定作業(yè)運(yùn)行狀態(tài)。目前國(guó)內(nèi)使用的工程作業(yè)機(jī)車，一方面沒有采用交流電傳動(dòng)，另一方面都不具備這種性能要求。

　　牽引電機(jī)的特性

　　從電機(jī)原理中已知，異步電動(dòng)機(jī)典型的轉(zhuǎn)矩——轉(zhuǎn)速特性。電機(jī)轉(zhuǎn)子在同步轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)矩為0；當(dāng)轉(zhuǎn)差率很小時(shí)，轉(zhuǎn)矩隨速度的減小，即轉(zhuǎn)差率的增加，近乎直線變化。當(dāng)轉(zhuǎn)差率S為正時(shí)，為電動(dòng)轉(zhuǎn)矩；轉(zhuǎn)差率為負(fù)時(shí)，為制動(dòng)（發(fā)電）轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)差率為轉(zhuǎn)差頻率（轉(zhuǎn)子電流的頻率）與定子電流頻率F1之比：

　　S＝ΔF／F1（1）

　　異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率F2，如果能夠測(cè)量計(jì)算出來，根據(jù)負(fù)載對(duì)轉(zhuǎn)矩的需要，由電機(jī)的控制特性，便能找到其相應(yīng)的轉(zhuǎn)差頻率ΔF，則變頻器輸出的定子電流頻率F1為：

　　F1＝F2±ΔF（2）

　　式中（2）的（）對(duì)應(yīng)于電動(dòng)牽引狀態(tài)，即定子電流的頻率F1大于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的頻率F2；（－）對(duì)應(yīng)于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的頻率F2大于定子電流的頻率F1。

　　圖為變頻牽引異步電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)差頻率ΔF的特性曲線。該曲線可根據(jù)牽引異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)求出。該特性曲線作為轉(zhuǎn)矩設(shè)定（轉(zhuǎn)差頻率ΔF）的原始依據(jù)。在變頻器——牽引電動(dòng)機(jī)匹配實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行校正，在工程作業(yè)機(jī)車現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)速。

　　牽引變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

　　變頻牽引調(diào)速系統(tǒng)的控制方式

　　由于機(jī)車本身及所牽引的拖車重量較大，一般為大慣性負(fù)載，其啟動(dòng)／停車時(shí)間均較長(zhǎng)，其轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)時(shí)間無快速性要求。因此變頻牽引調(diào)速采用轉(zhuǎn)差頻率控制，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的給定控制和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差閉環(huán)控制，完全能滿足牽引控制的各種要求。

　　牽引變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作模式

　　工程作業(yè)車在軌道上行駛作業(yè)，通常為“雙車重聯(lián)工作”。這樣配置，一方面增加設(shè)備的可靠性；另一方面可適應(yīng)不同的拖車載重和長(zhǎng)大坡道、高速長(zhǎng)距離之運(yùn)行要求。

　　針對(duì)交流傳動(dòng)內(nèi)燃作業(yè)機(jī)車設(shè)計(jì)以及使用方面的要求，牽引變頻調(diào)速控制系統(tǒng)應(yīng)按下述工作方式進(jìn)行設(shè)計(jì)：

　　⑴雙車并聯(lián)工作模式：

　　按轉(zhuǎn)矩給定控制（轉(zhuǎn)差頻率ΔF控制）方式工作；

　　高速長(zhǎng)距離（重載長(zhǎng)大坡道等）牽引運(yùn)行。

　�、茊诬嚜�(dú)立工作模式：

　　按轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差閉環(huán)或V／F開環(huán)頻率控制方式工作；

　　低速穩(wěn)定作業(yè)運(yùn)行。

　　1雙車并聯(lián)工作模式

　　控制系統(tǒng)計(jì)算牽引電動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)頻率F2。如果此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子只需跟著機(jī)車一塊運(yùn)行，只將轉(zhuǎn)子運(yùn)行頻率F2作為牽引變頻器的給出頻率F1（定子繞組上施加的頻率），即F1＝F2。當(dāng)需要施加一定的牽引力（電動(dòng)轉(zhuǎn)矩）時(shí)，控制系統(tǒng)只要將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子此時(shí)運(yùn)行的某一頻率F2所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差頻率ΔF′（ΔF′／ΔF＝實(shí)際轉(zhuǎn)矩／額定轉(zhuǎn)矩）與F2相加，即F1＝F2ΔF′，這樣電動(dòng)機(jī)便輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩。通過機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，機(jī)車便得到相應(yīng)的牽引力。為了給柴油發(fā)電機(jī)組一定的調(diào)節(jié)時(shí)間，牽引力／制動(dòng)力的施加，要經(jīng)過一個(gè)給定的斜坡時(shí)間予以緩沖。以這種方式進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，牽引變頻調(diào)速系統(tǒng)將十分穩(wěn)定。

　　結(jié)合上圖如果轉(zhuǎn)矩按（1～15）檔進(jìn)行控制（分檔如按比例），即轉(zhuǎn)差頻率特性曲線有15條可供用戶選用。

　　2單車獨(dú)立工作模式

　　在了解轉(zhuǎn)矩給定方式工作原理之后，我們?cè)賮碛懻撧D(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差閉環(huán)工作原理。在PWM計(jì)算方框的輸入信號(hào)F2同轉(zhuǎn)矩給定控制方式中的F2一樣，此處不贅述。速度調(diào)節(jié)器PI將VG、VF求差并進(jìn)行PI運(yùn)算，輸出ΔF值受ΔF數(shù)據(jù)限幅，即當(dāng)ΔF值在額定值（ΔF）以內(nèi)，輸出其實(shí)際值，超過額定的ΔF時(shí)，限到F2頻率對(duì)應(yīng)的ΔF值，即ΔF不像轉(zhuǎn)矩給定控制方式只有15條曲線，而是在牽引／制動(dòng)工作區(qū)中有無數(shù)條任一的曲線。

　　V／F開環(huán)頻率（轉(zhuǎn)速）控制，即將速度信號(hào)直接作為牽引變頻器的輸出頻率信號(hào)F1。當(dāng)然V／F開環(huán)頻率控制要將牽引控制