時間:2012-09-19 10:31:45來源:《控制與傳動》第八期
萍鄉(xiāng)中海自動化有限公司 廖友中
深圳市海浦蒙特科技有限公司 張道連
工礦電力機車是礦山運輸和隧道建設(shè)中重要的運輸設(shè)備。工礦電力機車具備牽引力大、過載能力強、行駛速度快、維修維護(hù)成本低等特點,在各大城市的地鐵建設(shè)中發(fā)揮著巨大作用。本文主要介紹了海浦蒙特HD30-4T250-D變頻器在150噸直流工礦電力機車上的成功應(yīng)用,以及如何通過變頻調(diào)速技術(shù)改善機車控制特性,實現(xiàn)靈活的駕駛體驗。
1 工礦電力機車系統(tǒng)
電力機車的出現(xiàn)是在鐵路運輸對大運載量、高運輸速度以及更強環(huán)境適應(yīng)能力的需求下誕生的。工礦電力機車由于采用直流制,在功率和速度上比干線電力機車小。憑借其靈活的控制以及自身攜帶能源特點廣泛應(yīng)用于礦山的短程礦石運輸以及隧道建設(shè)中的石渣運輸。
直流工礦電力機車由控制室、傳動系統(tǒng)以及蓄電池組組成??刂剖彝瓿蓹C車運行控制;傳動系統(tǒng)由兩臺110kW交流電機提供動力,經(jīng)過減速機傳動到輪轂,制動剎車片由一臺4kW壓縮機提供開閘動力;蓄電池組為48個12V鉛酸蓄電池串聯(lián)而成,為整個機車系統(tǒng)提供電力。直流工礦電力機車在運行過程中有兩種運行情況:滿負(fù)荷運行時需要電機在0-50Hz內(nèi)運行,此時最大運行速度在40kM/H左右,要求有足夠的轉(zhuǎn)矩輸出;空載運行時需要電機在0-70Hz內(nèi)運行,此時最大運行速度要達(dá)到60kM/H。
下圖是電力機車系統(tǒng)簡圖。
2 應(yīng)用解決方案
傳統(tǒng)電力機車采用斬波調(diào)速技術(shù),目前國內(nèi)很多礦山現(xiàn)場仍采用此種技術(shù)。而當(dāng)前流行的變頻調(diào)速技術(shù)將徹底革新直流工礦電力機車驅(qū)動技術(shù)。變頻調(diào)速具有精確的控制精度,電機運行頻率精度可以精確到0.01Hz;有更高的節(jié)能效益,通過軟啟動相比常規(guī)啟動方式節(jié)約電力;有更寬的調(diào)速范圍,機車需要滿足滿負(fù)荷運行和空車運行,而空車運行時要求有更高行駛速度,電機可以在0-70Hz范圍內(nèi)運行。
2.1 系統(tǒng)配置
150噸直流工礦電力機車兩臺110kW交流電機負(fù)責(zé)左右兩側(cè)輪轂動力輸出,4kW空壓機為兩側(cè)的剎車片提供開閘氣壓。在解決方案中,我們采用250kW變頻器一拖二實現(xiàn)主動力變頻驅(qū)動、4kW變頻器通過PLC命令控制空壓機運行。變頻部分應(yīng)用方案如下圖:
2.2 參數(shù)配置
對于變頻器一拖二的應(yīng)用現(xiàn)場,必須采用V/f控制方式實現(xiàn)。這種控制方式可以保證兩臺電機工作時加減速時間、轉(zhuǎn)速保持較好的一致性。
主電機驅(qū)動變頻器參數(shù)表
2.3 調(diào)試步驟
1.?dāng)?shù)字端子信號調(diào)試
變頻器數(shù)字端子信號由PLC給定,通過5路數(shù)字輸入通道完成變頻器正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、復(fù)位、正點動、反點動控制。調(diào)試時PLC輸出信號通過變頻器操作面板查看d00.50參數(shù)是否與輸入信號對應(yīng)。完成輸入信號調(diào)試后將各數(shù)字端子功能含義設(shè)置準(zhǔn)確;
2.模擬端子信號調(diào)試
變頻器模擬端子在系統(tǒng)中是頻率信號給定通道,機車控制面板上速度拉桿將速度命令轉(zhuǎn)化為4~20mA電流輸送到變頻器。變頻器按照4~20mA信號對應(yīng)輸出0~70Hz驅(qū)動電機。調(diào)試電流信號時需要先完成輸入電流偏置與增益的設(shè)置,同時還要考慮機車控制面板上速度拉桿的操作空間。調(diào)試模擬量時遵循先調(diào)偏置,再調(diào)增益。
3.通信及故障繼電器調(diào)試
變頻器與PLC的通信主要是完成PLC獲取變頻器運行過程中的頻率、電流、轉(zhuǎn)速以及故障信息。然后通過觸摸屏顯示在機車控制面板上,以便駕駛?cè)藛T監(jiān)控機車運行狀態(tài)。通信調(diào)試中最重要的是完成通信線纜的抗干擾防護(hù)。故障繼電器是系統(tǒng)安全運行的必要保證。系統(tǒng)調(diào)試是可以人為制造故障,以驗證故障繼電器可靠動作。
4.系統(tǒng)調(diào)試
系統(tǒng)調(diào)試要完成系統(tǒng)可靠性、功能完整性以及操作舒適性調(diào)試:
首先,完成系統(tǒng)硬件檢查:包括輸入輸出信號、功率端子電壓、輸出三相平衡等;
其次,完成控制命令調(diào)試:包括命令響應(yīng)速度、速度拉桿與輸出頻率是否滿足一次線性變化;
最后,完成緊急情況下機車運行情況:包括急加速、急減速、緊急制動時能滿足的極限參數(shù)。
2.4 調(diào)試效果
經(jīng)整車試機,驗證了前進(jìn)加速、后退加速、前進(jìn)點動、后退點動和緊急制動五大操控功能。通過觸摸屏監(jiān)控到變頻器輸出頻率、電流、轉(zhuǎn)速信號以及故障監(jiān)視。
在調(diào)試過程中機車動力電機最高運行頻率70Hz,速度穩(wěn)定。5Hz時制動閘松開,機車穩(wěn)定加速。在空載情況下運行到50Hz時變頻器輸出電流在120A左右。
整體調(diào)試效果要優(yōu)于傳統(tǒng)電力機車調(diào)速性能,得到用戶極好肯定。
3 結(jié)語
直流工礦電力機車采用變頻技術(shù)實現(xiàn)調(diào)速驅(qū)動,各項指標(biāo)滿足機車技術(shù)要求。采用先進(jìn)的變頻技術(shù)比傳統(tǒng)的斬波調(diào)速在節(jié)能和高速運轉(zhuǎn)上更具優(yōu)勢。同時,在頻繁的速度切換過程中能更好的實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo),保證機車連續(xù)10小時的續(xù)航能力。
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