海浦蒙特HD30矢量变频器在工矿电力机车牵引中应用

工矿电力机车是矿山运输和隧道建设中重要的运输设备。工矿电力机车具备牵引力大、过载能力强、行驶速度快、维修维护成本低等特点，在各大城市的地铁建设中发挥着巨大作用。本文主要介绍了海浦蒙特HD30-4T250-D变频器在150吨直流工矿电力机车上的成功应用，以及如何通过变频调速技术改善机车控制特性，实现灵活的驾驶体验。

1 工矿电力机车系统

电力机车的出现是在铁路运输对大运载量、高运输速度以及更强环境适应能力的需求下诞生的。工矿电力机车由于采用直流制，在功率和速度上比干线电力机车小。凭借其灵活的控制以及自身携带能源特点广泛应用于矿山的短程矿石运输以及隧道建设中的石渣运输。

直流工矿电力机车由控制室、传动系统以及蓄电池组组成。控制室完成机车运行控制；传动系统由两台110kW交流电机提供动力，经过减速机传动到轮毂，制动刹车片由一台4kW压缩机提供开闸动力；蓄电池组为48个12V铅酸蓄电池串联而成，为整个机车系统提供电力。

直流工矿电力机车在运行过程中有两种运行情况：满负荷运行时需要电机在0－50Hz内运行，此时最大运行速度在40kM/H左右，要求有足够的转矩输出；空载运行时需要电机在0－70Hz内运行，此时最大运行速度要达到60kM/H。

下图是电力机车系统简图。

2 应用解决方案

传统电力机车采用斩波调速技术，目前国内很多矿山现场仍采用此种技术。而当前流行的变频调速技术将彻底革新直流工矿电力机车驱动技术。变频调速具有精确的控制精度，电机运行频率精度可以精确到0.01Hz；有更高的节能效益，通过软启动相比常规启动方式节约电力；有更宽的调速范围，机车需要满足满负荷运行和空车运行，而空车运行时要求有更高行驶速度，电机可以在0－70Hz范围内运行。

2.1 系统配置

150吨直流工矿电力机车两台110kW交流电机负责左右两侧轮毂动力输出，4kW空压机为两侧的刹车片提供开闸气压。在解决方案中，我们采用250kW变频器一拖二实现主动力变频驱动、4kW变频器通过PLC命令控制空压机运行。变频部分应用方案如下图：

2.2 参数配置

对于变频器一拖二的应用现场，必须采用V/f控制方式实现。这种控制方式可以保证两台电机工作时加减速时间、转速保持较好的一致性。

主电机驱动变频器参数表

1．完成变频器控制端子信号调试

通过变频器参数d00.50可方便查看各开关量是否输入正常；模拟量为4－20mA电流信号。

在调试时要考虑给机械拉杆预留相应的富裕，避免出现拉杆无法到达最低或者最高频率。调试模拟量时遵循先调偏置，再调增益。

2．完成端子功能参数设置

首先正确设置相应的频率范围、加减速控制参数、刹车继电器输出频率点，然后再将频率给定交给模拟量，最后设置控制命令为端子控制。

3．开始系统调试

调试中逐渐加大输出频率，监视电流及三相输出平衡；快速减速查看母线电压，并观察制动单元是否动作；最后，设置技术要求中的加减速时间，分别进行前进、后退、正点动、反点动、紧急制动等操作。

2.4 调试效果

1．现场运行机车最高运行频率70Hz，运行速度平稳、加减速响应快速。

2．在频率输出小于5Hz时准确输出抱闸命令。

3．最大空载运行电流在120A左右，符合机车技术指标。

4．PLC输出控制命令至变频器驱动空压机运行良好，整个机车动力调试顺利通过验收指标。

3 结语

直流工矿电力机车采用变频技术实现调速驱动，各项指标满足机车技术要求。采用先进的变频技术比传统的斩波调速在节能和高速运转上更具优势。