一、項目背景

  近年來，隨著城市建設的發展，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備，而其主要驅動裝置為變頻器。

  與此同時，變頻調速是近年來發展起來的一門新興的自動控制技術，它利用改變被控對象的電源頻率，成功實現了交流電動機大范圍的無級平滑調速。其在運行過程中能隨時根據電動機的負載情況，使電機始終處于正常運行狀態，在整個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機進行調速控制因使用方便、可靠性高且經濟效益顯著的特點，得到了廣泛應用。

二、應用環境分析

  牽引機車機械組成部分分為：車體，司機室，空氣制動系統以及牽引裝置;整車前面為司機室，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，其中兩臺電機通過減速機分別驅動前后車輪組，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。

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

三、客戶需求

  在南京某隧道施工現場的一臺牽引機車上，機車規格為：45T，行駛速度為：2.2米/秒，該機車采用新式抱閘系統，傳統氣動抱閘配合ABS系統，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防抱死裝置實現機車的快速減速。

  在該項目中，客戶需求：

  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;

  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;

  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，同時定制化的結構可有效節省車內的安裝空間。

  方案配置為：

圖：系統拓撲圖

  在該方案中

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

  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，電能從電池組流向變頻器，下坡時處于發電狀態，再生能量可由變頻器反充入電池組;

  控制方式：系統通過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溜車，所以使用零伺服功能可以繼續保持力矩輸出，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，通過下垂方式實現兩臺電機速度同步以及功率平衡;

圖：現場電控柜

五、方案優勢

  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：因為牽引機車工作環境惡劣，英威騰GD350-19變頻器結構特殊定制，滿足現場的震動環境使用要求，另外控制板采用專門的三防漆涂層，可有效防潮防塵;

  低頻力矩大：英威騰GD350-19變頻器采用優異的閉環矢量控制功能，在0Hz時可輸出200%扭矩，同時配合零伺服功能可有效的實現機車啟停平穩不溜車;

  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

  通過英威騰GD350-19系列變頻器在南京某隧道施工現場牽引機車上的實際應用情況表明，該方案能有效防止啟停時容易出現的溜車問題，機車運行時電機負荷分配均衡，緊急情況發生時，應急操作安全合理，設備運行正常，因此GD350-19完全勝任機車大功率負荷現場，成為牽引機車高性能，高可靠性變頻器的理想選擇。

（資料來源：英威騰官網）