英威騰GD350-19變頻器助力隧道牽引機(jī)車安全 、高效、節(jié)能運(yùn)行

一、項(xiàng)目背景

近年來，隨著城市建設(shè)的發(fā)展，地鐵隧道施工項(xiàng)目日益增多，牽引機(jī)車在各類項(xiàng)目中的應(yīng)用也越來越廣泛，目前，隧道牽引機(jī)車已成為我國隧道施工及軌道施工的主要運(yùn)輸設(shè)備，而其主要驅(qū)動(dòng)裝置為變頻器。

與此同時(shí)，變頻調(diào)速是近年來發(fā)展起來的一門新興的自動(dòng)控制技術(shù)，它利用改變被控對(duì)象的電源頻率，成功實(shí)現(xiàn)了交流電動(dòng)機(jī)大范圍的無級(jí)平滑調(diào)速。其在運(yùn)行過程中能隨時(shí)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載情況，使電機(jī)始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)均效率高且節(jié)能效果明顯。也正因?yàn)榇?，采用變頻器對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制因使用方便、可靠性高且經(jīng)濟(jì)效益顯著的特點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。

二、應(yīng)用環(huán)境分析

l 牽引機(jī)車機(jī)械組成部分分為：車體，司機(jī)室，空氣制動(dòng)系統(tǒng)以及牽引裝置;整車前面為司機(jī)室，內(nèi)部包含操作臺(tái)，電控柜和電池管理系統(tǒng)，司機(jī)室后面是電池部分，常采用磷酸鐵鋰電池組，電池組下面是牽引裝置，其中兩臺(tái)電機(jī)通過減速機(jī)分別驅(qū)動(dòng)前后車輪組，由氣動(dòng)抱閘裝置提供剎車制動(dòng)力，牽引裝置后面為裝載車廂。

l 牽引機(jī)車電氣組成部分分為：電氣控制系統(tǒng)，主牽引變頻器，蓄電池組，交流異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)，空壓機(jī)變頻器以及空壓機(jī)系統(tǒng)。

三、客戶需求

在南京某隧道施工現(xiàn)場的一臺(tái)牽引機(jī)車上，機(jī)車規(guī)格為：45T，行駛速度為：2.2米/秒，該機(jī)車采用新式抱閘系統(tǒng)，傳統(tǒng)氣動(dòng)抱閘配合ABS系統(tǒng)，啟動(dòng)時(shí)先打開抱閘，再運(yùn)行變頻器，運(yùn)行時(shí)可以通過輕踩腳剎，使用氣動(dòng)剎車減速，當(dāng)需要快速減速時(shí)，可以深踩剎車，并配合ABS防抱死裝置實(shí)現(xiàn)機(jī)車的快速減速。

在該項(xiàng)目中，客戶需求：

l 供電方式為：電池組供電，供電電壓DC460V~DC640V，低于460V時(shí)會(huì)給電池充電，電池支持反充電，充電電壓不超過DC700V;變頻器直流供電具備防接反功能;

l 變頻器需求為：變頻器采用外部端子控制，多段速方式運(yùn)行(5段速);變頻器具備上電緩沖裝置，防止上電電流過大燒壞電池組;PLC可通過485通訊讀取變頻器運(yùn)行參數(shù);

圖: 牽引機(jī)車

四、英威騰方案

針對(duì)客戶的需求，英威騰推出使用GD350-19變頻器的牽引機(jī)車控制方案，該方案具有閉環(huán)矢量控制+主從功率平衡模式+零伺服功能，可完全解決牽引機(jī)車常見的啟停溜車問題，同時(shí)定制化的結(jié)構(gòu)可有效節(jié)省車內(nèi)的安裝空間。

方案配置為：

圖：系統(tǒng)拓?fù)鋱D

在該方案中

l 驅(qū)動(dòng)方式：主牽引采用GD350-19變頻器一拖一電機(jī)，使用閉環(huán)矢量模式運(yùn)行，電機(jī)側(cè)安裝編碼器，將運(yùn)行頻率反饋至變頻器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)矢量控制;空壓機(jī)采用GD350變頻器驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)上電后直接運(yùn)行，保證剎車用氣供給;

l 接線方式：GD350-19變頻器采用直流供電，具備防接反功能，同時(shí)具備上電緩沖裝置，可避免上電沖擊造成的電池或變頻器損壞。機(jī)車上坡時(shí)處于電動(dòng)狀態(tài)，電能從電池組流向變頻器，下坡時(shí)處于發(fā)電狀態(tài)，再生能量可由變頻器反充入電池組;

l 控制方式：系統(tǒng)通過端子控制方式啟停及多段速調(diào)速，485接口與PLC通訊傳輸數(shù)據(jù)(運(yùn)行頻率，輸出電流、電壓、報(bào)警信息等);

l 運(yùn)行方式：機(jī)車運(yùn)行時(shí)先打開氣動(dòng)剎車，由于可能是在坡道上啟動(dòng)，變頻器需要使用零速保持功能，確保氣動(dòng)剎車打開過程中不溜車，當(dāng)剎車完全打開后再加速運(yùn)行。在運(yùn)行過程中出現(xiàn)緊急情況時(shí)，往往需要深踩剎車，此時(shí)由于氣動(dòng)剎車力加大，可能會(huì)使變頻器觸發(fā)過載保護(hù)，因此需要斷開變頻器輸出，當(dāng)腳剎松開時(shí)，如果檔位手柄還在，變頻器可以轉(zhuǎn)速追蹤無沖擊的運(yùn)行起來。當(dāng)機(jī)車停機(jī)時(shí)，如果在坡道上，變頻器停止輸出后會(huì)出現(xiàn)溜車，所以使用零伺服功能可以繼續(xù)保持力矩輸出，一段時(shí)間后等氣動(dòng)剎車抱住，完成停車;兩臺(tái)變頻器采用主從速度模式運(yùn)行，通過下垂方式實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電機(jī)速度同步以及功率平衡;

圖：現(xiàn)場電控柜

五、方案優(yōu)勢

l 空間利用率高：由于司機(jī)室空間有限，英威騰GD350-19變頻器采用定制化小體積結(jié)構(gòu)，法蘭安裝方式，可有效節(jié)省安裝空間40%;

l 可靠性高：因?yàn)闋恳龣C(jī)車工作環(huán)境惡劣，英威騰GD350-19變頻器結(jié)構(gòu)特殊定制，滿足現(xiàn)場的震動(dòng)環(huán)境使用要求，另外控制板采用專門的三防漆涂層，可有效防潮防塵;

l 低頻力矩大：英威騰GD350-19變頻器采用優(yōu)異的閉環(huán)矢量控制功能，在0Hz時(shí)可輸出最高200%扭矩，同時(shí)配合零伺服功能可有效的實(shí)現(xiàn)機(jī)車啟停平穩(wěn)不溜車;

l 節(jié)能降耗：英威騰GD350-19變頻器工作效率高，另再生電能回饋，系統(tǒng)綜合用電量降低。

六、總結(jié)

通過英威騰GD350-19系列變頻器在南京某隧道施工現(xiàn)場牽引機(jī)車上的實(shí)際應(yīng)用情況表明，該方案能有效防止啟停時(shí)容易出現(xiàn)的溜車問題，機(jī)車運(yùn)行時(shí)電機(jī)負(fù)荷分配均衡，緊急情況發(fā)生時(shí)，應(yīng)急操作安全合理，設(shè)備運(yùn)行高效，因此GD350-19完全勝任機(jī)車大功率負(fù)荷現(xiàn)場，成為牽引機(jī)車高性能，高可靠性變頻器的理想選擇。