海浦蒙特HD30矢量變頻器在工礦電力機車牽引中應用

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

1．完成變頻器控制端子信號調試

通過變頻器參數d00.50可方便查看各開關量是否輸入正常；模擬量為4－20mA電流信號。

在調試時要考慮給機械拉桿預留相應的富裕，避免出現拉桿無法到達最低或者最高頻率。調試模擬量時遵循先調偏置，再調增益。

2．完成端子功能參數設置

首先正確設置相應的頻率范圍、加減速控制參數、剎車繼電器輸出頻率點，然后再將頻率給定交給模擬量，最后設置控制命令為端子控制。

3．開始系統調試

調試中逐漸加大輸出頻率，監視電流及三相輸出平衡；快速減速查看母線電壓，并觀察制動單元是否動作；最后，設置技術要求中的加減速時間，分別進行前進、后退、正點動、反點動、緊急制動等操作。

2.4 調試效果

1．現場運行機車最高運行頻率70Hz，運行速度平穩、加減速響應快速。

2．在頻率輸出小于5Hz時準確輸出抱閘命令。

3．最大空載運行電流在120A左右，符合機車技術指標。

4．PLC輸出控制命令至變頻器驅動空壓機運行良好，整個機車動力調試順利通過驗收指標。

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。