一、項目背景

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

與此同時，變頻調(diào)速是近年來發(fā)展起來的一門新興的自動控制技術(shù)，它利用改變被控對象的電源頻率，成功實現(xiàn)了交流電動機大范圍的無級平滑調(diào)速。其在運行過程中能隨時根據(jù)電動機的負載情況，使電機始終處于最佳運行狀態(tài)，在整個調(diào)速范圍內(nèi)均效率高且節(jié)能效果明顯。也正因為此，采用變頻器對異步電動機進行調(diào)速控制因使用方便、可靠性高且經(jīng)濟效益顯著的特點，得到了廣泛應(yīng)用。

二、應(yīng)用環(huán)境分析

l 牽引機車機械組成部分分為：車體，司機室，空氣制動系統(tǒng)以及牽引裝置;整車前面為司機室，內(nèi)部包含操作臺，電控柜和電池管理系統(tǒng)，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，其中兩臺電機通過減速機分別驅(qū)動前后車輪組，由氣動抱閘裝置提供剎車制動力，牽引裝置后面為裝載車廂。

l 牽引機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)動電機，空壓機變頻器以及空壓機系統(tǒng)。

三、客戶需求

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

在該項目中，客戶需求：

l 供電方式為：電池組供電，供電電壓DC460V~DC640V，低于460V時會給電池充電，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通訊讀取變頻器運行參數(shù);

圖: 牽引機車

四、英威騰方案

針對客戶的需求，英威騰推出使用GD350-19變頻器的牽引機車控制方案，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，可完全解決牽引機車常見的啟停溜車問題，同時定制化的結(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)拓撲圖

在該方案中

l 驅(qū)動方式：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(cè)安裝編碼器，將運行頻率反饋至變頻器實現(xiàn)閉環(huán)矢量控制;空壓機采用GD350變頻器驅(qū)動，系統(tǒng)上電后直接運行，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。機車上坡時處于電動狀態(tài)，電能從電池組流向變頻器，下坡時處于發(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)(運行頻率，輸出電流、電壓、報警信息等);

l 運行方式：機車運行時先打開氣動剎車，由于可能是在坡道上啟動，變頻器需要使用零速保持功能，確保氣動剎車打開過程中不溜車，當剎車完全打開后再加速運行。在運行過程中出現(xiàn)緊急情況時，往往需要深踩剎車，此時由于氣動剎車力加大，可能會使變頻器觸發(fā)過載保護，因此需要斷開變頻器輸出，當腳剎松開時，如果檔位手柄還在，變頻器可以轉(zhuǎn)速追蹤無沖擊的運行起來。當機車停機時，如果在坡道上，變頻器停止輸出后會出現(xiàn)溜車，所以使用零伺服功能可以繼續(xù)保持力矩輸出，一段時間后等氣動剎車抱住，完成停車;兩臺變頻器采用主從速度模式運行，通過下垂方式實現(xiàn)兩臺電機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：因為牽引機車工作環(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時可輸出最高200%扭矩，同時配合零伺服功能可有效的實現(xiàn)機車啟停平穩(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)場牽引機車上的實際應(yīng)用情況表明，該方案能有效防止啟停時容易出現(xiàn)的溜車問題，機車運行時電機負荷分配均衡，緊急情況發(fā)生時，應(yīng)急操作安全合理，設(shè)備運行高效，因此GD350-19完全勝任機車大功率負荷現(xiàn)場，成為牽引機車高性能，高可靠性變頻器的理想選擇。