一、項目背景

近年來(lái)，隨著(zhù)城市建設的發(fā)展，地鐵隧道施工項目日益增多，牽引機車(chē)在各類(lèi)項目中的應用也越來(lái)越廣泛，目前，隧道牽引機車(chē)已成為我國隧道施工及軌道施工的主要運輸設備，而其主要驅動(dòng)裝置為變頻器。

與此同時(shí)，變頻調速是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興的自動(dòng)控制技術(shù)，它利用改變被控對象的電源頻率，成功實(shí)現了交流電動(dòng)機大范圍的無(wú)級平滑調速。其在運行過(guò)程中能隨時(shí)根據電動(dòng)機的負載情況，使電機始終處于最佳運行狀態(tài)，在整個(gè)調速范圍內均效率高且節能效果明顯。也正因為此，采用變頻器對異步電動(dòng)機進(jìn)行調速控制因使用方便、可靠性高且經(jīng)濟效益顯著(zhù)的特點(diǎn)，得到了廣泛應用。

二、應用環(huán)境分析

• 牽引機車(chē)機械組成部分分為：車(chē)體，司機室，空氣制動(dòng)系統以及牽引裝置；整車(chē)前面為司機室，內部包含操作臺，電控柜和電池管理系統，司機室后面是電池部分，常采用磷酸鐵鋰電池組，電池組下面是牽引裝置，其中兩臺電機通過(guò)減速機分別驅動(dòng)前后車(chē)輪組，由氣動(dòng)抱閘裝置提供剎車(chē)制動(dòng)力，牽引裝置后面為裝載車(chē)廂。

• 牽引機車(chē)電氣組成部分分為：電氣控制系統，主牽引變頻器，蓄電池組，交流異步驅動(dòng)電機，空壓機變頻器以及空壓機系統。

三、客戶(hù)需求

在南京某隧道施工現場(chǎng)的一臺牽引機車(chē)上，機車(chē)規格為：45T，行駛速度為：2.2米/秒，該機車(chē)采用新式抱閘系統，傳統氣動(dòng)抱閘配合ABS系統，啟動(dòng)時(shí)先打開(kāi)抱閘，再運行變頻器，運行時(shí)可以通過(guò)輕踩腳剎，使用氣動(dòng)剎車(chē)減速，當需要快速減速時(shí)，可以深踩剎車(chē)，并配合ABS防抱死裝置實(shí)現機車(chē)的快速減速。

在該項目中，客戶(hù)需求：

• 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(guò)DC700V；變頻器直流供電具備防接反功能；

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

圖: 牽引機車(chē)

四、英威騰方案

針對客戶(hù)的需求，英威騰推出使用GD350-19變頻器的牽引機車(chē)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，可完全解決牽引機車(chē)常見(jiàn)的啟停溜車(chē)問(wèn)題，同時(shí)定制化的結構可有效節省車(chē)內的安裝空間。

方案配置為：

圖：系統拓撲圖

在該方案中

• 驅動(dòng)方式：主牽引采用GD350-19變頻器一拖一電機，使用閉環(huán)矢量模式運行，電機側安裝編碼器，將運行頻率反饋至變頻器實(shí)現閉環(huán)矢量控制；空壓機采用GD350變頻器驅動(dòng)，系統上電后直接運行，保證剎車(chē)用氣供給；

• 接線(xiàn)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。機車(chē)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；

• 控制方式：系統通過(guò)端子控制方式啟停及多段速調速，485接口與PLC通訊傳輸數據（運行頻率，輸出電流、電壓、報警信息等）；

•  運行方式：機車(chē)運行時(shí)先打開(kāi)氣動(dòng)剎車(chē)，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(chē)打開(kāi)過(guò)程中不溜車(chē)，當剎車(chē)完全打開(kāi)后再加速運行。在運行過(guò)程中出現緊急情況時(shí)，往往需要深踩剎車(chē)，此時(shí)由于氣動(dòng)剎車(chē)力加大，可能會(huì )使變頻器觸發(fā)過(guò)載保護，因此需要斷開(kāi)變頻器輸出，當腳剎松開(kāi)時(shí)，如果檔位手柄還在，變頻器可以轉速追蹤無(wú)沖擊的運行起來(lái)。當機車(chē)停機時(shí)，如果在坡道上，變頻器停止輸出后會(huì )出現溜車(chē)，所以使用零伺服功能可以繼續保持力矩輸出，一段時(shí)間后等氣動(dòng)剎車(chē)抱住，完成停車(chē)；兩臺變頻器采用主從速度模式運行，通過(guò)下垂方式實(shí)現兩臺電機速度同步以及功率平衡；

圖：現場(chǎng)電控柜

五、方案優(yōu)勢

• 空間利用率高：由于司機室空間有限，英威騰GD350-19變頻器采用定制化小體積結構，法蘭安裝方式，可有效節省安裝空間40%；

• 可靠性高：因為牽引機車(chē)工作環(huán)境惡劣，英威騰GD350-19變頻器結構特殊定制，滿(mǎn)足現場(chǎng)的震動(dòng)環(huán)境使用要求，另外控制板采用專(zhuān)門(mén)的三防漆涂層，可有效防潮防塵；

• 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)現機車(chē)啟停平穩不溜車(chē)；

• 節能降耗：英威騰GD350-19變頻器工作效率高，另再生電能回饋，系統綜合用電量降低。

六、總結

通過(guò)英威騰GD350-19系列變頻器在南京某隧道施工現場(chǎng)牽引機車(chē)上的實(shí)際應用情況表明，該方案能有效防止啟停時(shí)容易出現的溜車(chē)問(wèn)題，機車(chē)運行時(shí)電機負荷分配均衡，緊急情況發(fā)生時(shí)，應急操作安全合理，設備運行高效，因此GD350-19完全勝任機車(chē)大功率負荷現場(chǎng)，成為牽引機車(chē)高性能，高可靠性變頻器的理想選擇。

關(guān)于英威騰：

英威騰（深圳市英威騰電氣股份有限公司），自2002年成立以來(lái)，專(zhuān)注于工業(yè)自動(dòng)化和能源電力兩大領(lǐng)域，以"竭盡全力提供物超所值的產(chǎn)品和服務(wù)，讓客戶(hù)更有競爭力"為使命，向用戶(hù)提供最有價(jià)值的產(chǎn)品和解決方案。公司于2010年在深交所A股上市（證券代碼：002334），目前擁有15家控股子公司，員工超過(guò)3000人，在全球設有40多家分支機構及200多家渠道合作伙伴，營(yíng)銷(xiāo)網(wǎng)絡(luò )遍布全球80多個(gè)國家和地區。