工礦電力機車是礦山運輸和隧道建設中重要的運輸設備。工礦電力機車具備牽引力大、過載能力強、行駛速度快、維修維護成本低等特點，在各大城市的地鐵建設中發揮著巨大作用。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用，以及如何通過變頻調速技術改善機車控制特性，實現靈活的駕駛體驗。
1 工礦電力機車系統
電力機車的出現是在鐵路運輸對大運載量、高運輸速度以及更強環境適應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用于礦山的短程礦石運輸以及隧道建設中的石渣運輸。
直流工礦電力機車由控制室、傳動系統以及蓄電池組組成。控制室完成機車運行控制；傳動系統由兩臺110kW交流電機提供動力，經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鉛酸蓄電池串聯而成，為整個機車系統提供電力。直流工礦電力機車在運行過程中有兩種運行情況：滿負荷運行時需要電機在0－50Hz內運行，此時最大運行速度在40kM/H左右，要求有足夠的轉矩輸出；空載運行時需要電機在0－70Hz內運行，此時最大運行速度要達到60kM/H。
下圖是電力機車系統簡圖。
2 應用解決方案
傳統電力機車采用斬波調速技術，目前國內很多礦山現場仍采用此種技術。而當前流行的變頻調速技術將徹底革新直流工礦電力機車驅動技術。變頻調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；有更高的節能效益，通過軟啟動相比常規啟動方式節約電力；有更寬的調速范圍，機車需要滿足滿負荷運行和空車運行，而空車運行時要求有更高行駛速度，電機可以在0－70Hz范圍內運行。
2.1 系統配置
150噸直流工礦電力機車兩臺110kW交流電機負責左右兩側輪轂動力輸出，4kW空壓機為兩側的剎車片提供開閘氣壓。在解決方案中，我們采用250kW變頻器一拖二實現主動力變頻驅動、4kW變頻器通過PLC命令控制空壓機運行。變頻部分應用方案如下圖：
2.2 參數配置
對于變頻器一拖二的應用現場，必須采用V/f控制方式實現。這種控制方式可以保證兩臺電機工作時加減速時間、轉速保持較好的一致性。
主電機驅動變頻器參數表
2.3 調試步驟
1．數字端子信號調試
變頻器數字端子信號由PLC給定，通過5路數字輸入通道完成變頻器正轉、反轉、復位、正點動、反點動控制。調試時PLC輸出信號通過變頻器操作面板查看d00.50參數是否與輸入信號對應。完成輸入信號調試后將各數字端子功能含義設置準確；
2．模擬端子信號調試
變頻器模擬端子在系統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化為4~20mA電流輸送到變頻器。變頻器按照4~20mA信號對應輸出 0~70Hz驅動電機。調試電流信號時需要先完成輸入電流偏置與增益的設置，同時還要考慮機車控制面板上速度拉桿的操作空間。調試模擬量時遵循先調偏置，再調增益。
3．通信及故障繼電器調試
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，以便駕駛人員監控機車運行狀態。通信調試中最重要的是完成通信線纜的抗干擾防護。故障繼電器是系統安全運行的必要保證。系統調試是可以人為制造故障，以驗證故障繼電器可靠動作。
4．系統調試
系統調試要完成系統可靠性、功能完整性以及操作舒適性調試：
首先，完成系統硬件檢查：包括輸入輸出信號、功率端子電壓、輸出三相平衡等；
其次，完成控制命令調試：包括命令響應速度、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。
2.4 調試效果
經整車試機，驗證了前進加速、后退加速、前進點動、后退點動和緊急制動五大操控功能。通過觸摸屏監控到變頻器輸出頻率、電流、轉速信號以及故障監視。
在調試過程中機車動力電機最高運行頻率70Hz，速度穩定。5Hz時制動閘松開，機車穩定加速。在空載情況下運行到50Hz時變頻器輸出電流在120A左右。
整體調試效果要優于傳統電力機車調速性能，得到用戶極好肯定。
3 結語
直流工礦電力機車采用變頻技術實現調速驅動，各項指標滿足機車技術要求。采用先進的變頻技術比傳統的斬波調速在節能和高速運轉上更具優勢。同時，在頻繁的速度切換過程中能更好的實現節能目標，保證機車連續10小時的續航能力。