一、项目背景

　　近年来，随着城市建设的发展，地铁隧道施工项目日益增多，牵引机车在各类项目中的应用也越来越广泛，目前，隧道牵引机车已成为我国隧道施工及轨道施工的主要运输设备，而其主要驱动装置为变频器。

　　与此同时，变频调速是近年来发展起来的一门新兴的自动控制技术，它利用改变被控对象的电源频率，成功实现了交流电动机大范围的无级平滑调速。其在运行过程中能随时根据电动机的负载情况，使电机始终处于最佳运行状态，在整个调速范围内均效率高且节能效果明显。也正因为此，采用变频器对异步电动机进行调速控制因使用方便、可靠性高且经济效益显著的特点，得到了广泛应用。

　　二、应用环境分析

• 牵引机车机械组成部分分为：车体，司机室，空气制动系统以及牵引装置；整车前面为司机室，内部包含操作台，电控柜和电池管理系统，司机室后面是电池部分，常采用磷酸铁锂电池组，电池组下面是牵引装置，其中两台电机通过减速机分别驱动前后车轮组，由气动抱闸装置提供刹车制动力，牵引装置后面为装载车厢。
• 牵引机车电气组成部分分为：电气控制系统，主牵引变频器，蓄电池组，交流异步驱动电机，空压机变频器以及空压机系统。

　　三、客户需求

　　在南京某隧道施工现场的一台牵引机车上，机车规格为：45T，行驶速度为：2.2米/秒，该机车采用新式抱闸系统，传统气动抱闸配合ABS系统，启动时先打开抱闸，再运行变频器，运行时可以通过轻踩脚刹，使用气动刹车减速，当需要快速减速时，可以深踩刹车，并配合ABS防抱死装置实现机车的快速减速。

　　在该项目中，客户需求：

• 供电方式为：电池组供电，供电电压DC460V~DC640V，低于460V时会给电池充电，电池支持反充电，充电电压不超过DC700V；变频器直流供电具备防接反功能；
• 变频器需求为：变频器采用外部端子控制，多段速方式运行（5段速）；变频器具备上电缓冲装置，防止上电电流过大烧坏电池组；PLC可通过485通讯读取变频器运行参数；

　　图: 牵引机车

　　四、英威腾方案

　　针对客户的需求，英威腾推出使用GD350-19变频器的牵引机车控制方案，该方案具有闭环矢量控制+主从功率平衡模式+零伺服功能，可完全解决牵引机车常见的启停溜车问题，同时定制化的结构可有效节省车内的安装空间。

　　方案配置为：

　　图：系统拓扑图

　　在该方案中

• 驱动方式：主牵引采用GD350-19变频器一拖一电机，使用闭环矢量模式运行，电机侧安装编码器，将运行频率反馈至变频器实现闭环矢量控制；空压机采用GD350变频器驱动，系统上电后直接运行，保证刹车用气供给；
• 接线方式：GD350-19变频器采用直流供电，具备防接反功能，同时具备上电缓冲装置，可避免上电冲击造成的电池或变频器损坏。机车上坡时处于电动状态，电能从电池组流向变频器，下坡时处于发电状态，再生能量可由变频器反充入电池组；
• 控制方式：系统通过端子控制方式启停及多段速调速，485接口与PLC通讯传输数据（运行频率，输出电流、电压、报警信息等）；
• 运行方式：机车运行时先打开气动刹车，由于可能是在坡道上启动，变频器需要使用零速保持功能，确保气动刹车打开过程中不溜车，当刹车完全打开后再加速运行。在运行过程中出现紧急情况时，往往需要深踩刹车，此时由于气动刹车力加大，可能会使变频器触发过载保护，因此需要断开变频器输出，当脚刹松开时，如果档位手柄还在，变频器可以转速追踪无冲击的运行起来。当机车停机时，如果在坡道上，变频器停止输出后会出现溜车，所以使用零伺服功能可以继续保持力矩输出，一段时间后等气动刹车抱住，完成停车；两台变频器采用主从速度模式运行，通过下垂方式实现两台电机速度同步以及功率平衡；

　　图：现场电控柜

　　五、方案优势

• 空间利用率高：由于司机室空间有限，英威腾GD350-19变频器采用定制化小体积结构，法兰安装方式，可有效节省安装空间40%；
• 可靠性高：因为牵引机车工作环境恶劣，英威腾GD350-19变频器结构特殊定制，满足现场的震动环境使用要求，另外控制板采用专门的三防漆涂层，可有效防潮防尘；
• 低频力矩大：英威腾GD350-19变频器采用优异的闭环矢量控制功能，在0Hz时可输出最高200%扭矩，同时配合零伺服功能可有效的实现机车启停平稳不溜车；
• 节能降耗：英威腾GD350-19变频器工作效率高，另再生电能回馈，系统综合用电量降低。

　　六、总结

　　通过英威腾GD350-19系列变频器在南京某隧道施工现场牵引机车上的实际应用情况表明，该方案能有效防止启停时容易出现的溜车问题，机车运行时电机负荷分配均衡，紧急情况发生时，应急操作安全合理，设备运行高效，因此GD350-19完全胜任机车大功率负荷现场，成为牵引机车高性能，高可靠性变频器的理想选择。