合康变频在隧道牵引机车上的应用

【编者按】牵引机车是地铁隧道项目中最常见的运输工具。随着电力电子的快速发展，变频技术在牵引机车中得到广泛应用。本文主要介绍了合康变频根据蓄电池组电力机车的技术要求，为隧道牵引机车提供变频改造方案，帮助客户解决了电源转换、低速高扭矩等技术问题。

1、前言

近年来，随着城市建设脚步加快，轨道交通也在迅猛发展，隧道牵引机车在各类建筑工程施工中得到广泛应用，隧道牵引机车也由原来的蒸气机车、柴油机车演变为电力机车。电力机车具有功率大、过载能力强、牵引力大、速度快、整备作业时间短、维修量少、运营费用低、便于实现多机牵引、能采用再生制动以及节约能量等优点。

由于隧道里电气化的局限，大部分机车采用蓄电池组的供电方式，而电机是三相异步电机，这就需要把直流转换成交流为电机供电。合康变频凭借专业的变频技术，为客户量身定制了蓄电池牵引机车上的专用变频器，可实现开环矢量控制，提高了自动化水平，减少了人员维护周期。

2、改造项目现场情况

南京和苏州地铁项目中有大量的隧道牵引电力机车，用来运输材料等物资。为提高生产效率和降低运行成本，客户最终采用合康变频HID系列变频器进行技术改造。

隧道牵引机车机械组成部分：车体、司机室、空气制动系统、牵引装置。

隧道牵引机车电气组成部分：蓄电池组、主牵引变频控制器(DC/AC)、牵引电机、空压机变频、空压机系统。

改造中需注意的事项：

1) 由于是蓄电池组供电，改造时需要对蓄电池组电量进行监控，正常电压范围为460~560V，低于460V需要提示更换电池或充电处理。

2) 因使用环境在地下隧道，现场比较阴暗潮湿，对变频器的防护等级要求高。

3) 现场轨道为临时铺设，不够平整，阻力变化大，变频器具有较高的过载能力。

图1：现场环境 图2：改造现场

图3：司机室操作台

3、整体改造技术方案

图4：隧道牵引电力机车改造方案图

本方案由蓄电池组提供直流电源，通过专用变频器将直流电转换为交流电，来驱动两台交流鼠笼式牵引电动机，通过牵引电机控制机车前进后退;空压机也采用变频控制，为整车系统进行合理供气。应用现场采用了我司自主研发的HID系列专用变频器：PCB板及外壳部件采用特殊涂层处理，对潮湿环境有更好的适应性;通过优化软硬件提高变频器的过载性能。

3.1变频器控制端子功能

(1)DI端子：前进、后退、多段速控制1~8档速、空压机开启指令、空压机启动反馈、防睡眠按钮信号，机车运行后每30s(时间可设)需按下一次放睡眠按钮，如无信号输入机车停机并报警，并预留3~5路作外部故障信号。

(2)继电器输出：运行、故障、空压机开启，预留2路备用。

3.2控制流程及保护功能

(1)前进后退功能：

机车上电后，先打开空压机变频器为抱闸系统供气。当达到供气压力时，给出前进或后退指令，变频器接到运行命令启动，打开抱闸开关，通过调速盘给定档位，变频器根据设定的多段速频率运行，机车前进或后退。在运行过程中每隔一段时间按下防睡眠按钮，保证电力机车正常工作。在停车时，首先把调速盘缓慢减至0档，变频器运行频率降至0Hz，当车速降到最低时，给出机车停止命令，变频器输出电磁抱闸信号，控制机车停止，当机车停稳后，关闭空压机。

(2)低压预警功能：

当蓄电池组电压低于460V时，变频器通过485信号反馈给人机界面，提示电量低。

(3)快速急停功能：

多功能DI端子可接急停按钮，可以在遇到险情时紧急停车，保护人身及机车安全。

(4)复位功能：

多功能DI端子可接复位按钮，在变频器出现异常报警后可通过此键复位，保证机车能够正常启动，不影响工作效率。

3.3人机界面功能

(1)监视功能：在人机界面上能监视直流母线电压(并可提示电池电量低报警)、变频器运行状态(输出电流、输出频率、故障等)以及机车运行速度，同时还能监视空压机变频器的运行状态(输出电流、输出频率、故障等)。

(2)控制功能：可在人机界面上启停空压机站变频，能操作机车的前进、后退以及速度。

(3)故障记录：故障查询画面能显示实时故障并可查询历史故障。

4、合康变频改造后的优点

4.1节省空间

合康变频采用叠层母排技术，变频器性能更可靠，体积更小更紧凑，让司机室节省出更多的空间，提高工作舒适度。

4.2变频器配备扩展卡

扩展卡上预留DI端子，可满足不同机车的8档及16档的调速要求，3路继电器输出满足运行指示和故障指示等信号。

4.3防睡眠功能

每隔一段时间需要操作人员触发防睡眠按钮，防止人员瞌睡机车一直运行，保证了现场操作的安全可靠，避免生产事故。

4.4低频转矩大

变频器采用矢量SVC控制模式，进行电机自学习后，优化电机参数与之更匹配。一档1.5Hz输出平稳，加减速平稳，减少了机械冲击，操作更舒适。

4.5人机界面

各项数据一目了然，让现场操作人员更直观地了解当前设备运行情况，方便更换电池及检修。

5、注意事项

5.1操作不当

防睡眠按钮不触发的情况下会造成变频器不运行。

5.2坡道转弯

在机车运行遇到转弯或坡道时，电机负载加重，需要操作人员选择合适档位避免变频器过载。

5.3轨道不平

在机车满载装货的情况下，轨道不平会造成负载变化，需要操作人员减速行驶。

6、结束语

合康变频采用SVC控制方式帮助客户现场解决了在坡道运行时需要低频高转矩等难点。合康变频作为国内专业变频器制造商，为客户量身定制了满意的产品，优异的产品性能得到了客户的认可，完善的售后服务让客户免去后顾之忧。

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