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工程传动HE产品在电动轮中的应用

供稿:深圳市汇川技术股份有限公司 2014/11/14 11:49:15

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  • 关键词: 工程型变频器 矿山电动轮自卸车系统 交流电动轮自卸车
  • 摘要:本文着重介绍汇川技术HE系列工程型变频器在矿山电动轮自卸车系统上的应用,采用汇川HE系列可满足电动轮自卸车在特殊工况下性能上的各种要求,满足在电动轮自卸车行业的相关规定及行业验收标准。

   本文着重介绍汇川技术HE系列工程型变频器在矿山电动轮自卸车系统上的应用,采用汇川HE系列可满足电动轮自卸车在特殊工况下性能上的各种要求,满足在电动轮自卸车行业的相关规定及行业验收标准。HE系列工程型变频器基于汇川先进的矢量控制技术,为大功率、高性能和高可靠性的应用场合提供了极具竞争力的行业应用解决方案。本行业应用方案是在汇川技术工程传动平台HE系列中针对湘电重装SF31905AC型108T交流电动轮自卸车项目的应用方案。

一、设备描述

   电动轮自卸车是专为大型露天矿设计和生产的一种运输设备,自1963年由Unit-Rig和G•E共同研制生产的世界第一台载重量77T矿用电动轮自卸车以来,经过50年的不断发展和新技术的不断出现,矿用电动轮已经日渐成熟。

   目前电动轮自卸车主要有108T、120T、154T、170T、190T、220T等多个系列,在开采量千万吨级以上的大型露天矿山的运输设备中,电动轮自卸车已经占有2/3的市场,承担着世界上近40%的煤和90%铁矿的开采运输量。目前,国际上生产矿用电动轮自卸车的主要产商有:KOMATSU(原Dresser)、HITACHI(原Euclid)、LIEBHERR、TEREX、CATERPILLAR及白俄罗斯汽车制造厂等。而国内的大型矿用电动轮自卸车生产起步于上世纪70年代,先后出现了湘潭电机厂、本溪重型汽车厂、内蒙古北方重型汽车股份有限公司、常州冶金机械修造厂等行业骨干企业。

当前重型矿用电动轮自卸车的发展趋势主要体现在三个方面:

(1)大型化;

(2)计算机控制和大量新电控元器件的使用;

(3) 整车性能和工作可靠性的提高,其传动方式也由交---直流传动逐步向交---直---交流直接传动方式过渡。

促使矿用电动轮自卸车朝大型化方向发展的动因主要有两个:一是大型露天矿山开采的需要,二是大型机械传动自卸车的发展。

二、工艺要求:(主要描述该设备对工艺的要求)

   矿用电动轮自卸车作为专门为露天矿山设计的大型运输设备,其恶劣的使用工况和使用强度,给电动轮的工艺提出了严格的要求。电动轮自卸车的各部位介绍如下图:

三、方案描述

电气控制框图:

   整流输入、辅助整流输入、逆变输出及信号线输出航插,均布置在控制柜后部。制动电阻和制动风机连接电缆均布置在控制柜右侧面。各种连接线缆均有丝印指示,依据丝印即可完成电缆连接工作:

控制柜背面接线图

控制柜左侧面接线图

汇川的制动方案:

   总共有三组制动电阻,分别为RP1、RP2、RCM1。采用分级制动方式,即根据不同母线电压,投入相应的制动电阻,同时留有一定余量,用作直流母线电压过压保护。

参数

额定电压/VAC

额定功率/kW

额定电流/A

频率/HZ

转速/RPM

最大转矩/倍

左轮电机

550

350

450

0.5~33.6

642

1.97

右轮电机

550

350

450

0.5~33.6

642

1.97

矿用自卸车牵引电机特性曲线:

四、系统框图

4.1系统框图如下

电气控制柜内部布局

实际电气控制柜如下图:

五、方案优势

   矿用自卸车的专用交流驱动产品是汇川公司结合矿用自卸车的机械特性、现场应用工况和湘电公司108T车辆的相关要求进行了量身定制开发设计专机,在设计上除考虑满足湘电新生产的108T矿用自卸车由直流改为交流变频控制系统外,同时湘电可将该交流变频控制系统用于旧市场的升级改造,从机械安装上和电气接口上完全可以取代原直流的电器柜,从而减少日常维护、提高产品的可靠性、改善爬坡性能、降低综合成本。

   汇川技术在矿用电动轮自卸车的主要优势来自行业差异化和定制化,相对于进口品牌,我们能够提供给客户更多的价格价值,在设计成本和维护成本上大大节约。另外,汇川拥有更好的售后服务,针对行业定制化开发,在满足性能和功能要求的同时能够使得操作简单,维护方便。相对于直流车而言,汇川的技术方案优势主要有一下几点:

1、维护的方便:直流电机由于有电刷,在长期的运行过程中,电刷的损坏较为频繁,跟换电刷时需要拆除后轮电机,维护时间长,工作量繁重。

2、在直流车中变向等动作都靠接触器完成,在电动轮运行过程中各个接触器动作频繁,使得接触器的使用寿命大大减少。在汇川的方案中,都是靠程序控制,只有制动电阻有两个接触器,这就大大降低了接触器的维修频率。

3、在直流车中使用机械刹车很频繁,使得机械刹车的磨损很大,并且经常使用机械刹车会带来高温,影响电机温度,严重时甚至有着火的风险。在我们的方案中,主要是以电制动为主,重载情况下电制动也能完全满足制动要求,大大降低机械刹车的使用频率,从维修和安全性两个方面都得到很大程度的改善。

产品重要技术功能特点:

1、两个宽范围输入电压等级

108T MTC三相AC 212~550V,母线电压随车速与功率分段闭环;

220T,300T MTC三相AC 212~1140V,母线电压随车速与功率分段闭环。

2、定制化外形结构,功率密度增大

符合电动轮结构特点的定制化结构设计,在950*700*1380(长*深*高)空间内功率密度可达400kW*2。

3、模块化设计易于维护

主器件采用独立的单元化模块化设计,维修方便,普通工人即可完成主器件的更换;

所有控制板装在一个插框内,共用一个背板,控制线采用专用的插头同背板连接,能减小外界对板件的干扰,同时板件更换方便。

4、高防护等级,高振动、低温环境应用

柜体IP65防护等级设计,设计时考虑现场振动工况及冬天室外低温环境。

5、定制化需求

辅助整流器用于励磁发电机输出整流;

车辆控制器用于整车和发电机控制与TCU共背板安装于控制插框。

矿用自卸车功能:

功   能

描   述

牵引和制动控制

驾驶员通过方向盘下方的三个踏板进行牵引和制动控制,即牵引踏板(油门)、电制动踏板(刹车)、液压制动踏板(刹车)

转向控制

主牵引变频器通过速度传感器及输出侧电流传感器检测到的情况,需进行转弯时的处理(内侧的电动轮速度降低,辅助前轮实现转向),如果在车辆的前轮有速度传感器,转向时该信号会送给主牵引控制器

车轮空转/打滑控制

整车的四个轮子上均装有速度传感器,同时对四个轮的速度进行监控,并比较前轮和后轮的速度,如果同侧的后轮速度小于前轮,则系统会减小电动轮驱动力使前后轮速度相近。

恒速下坡制动

车辆在较长路段时,驾驶员可转动恒速下坡电位器设定速度,可松开油门踏板,车辆按设定速度下坡前进,若司机踩动油门踏板或刹车时,则自动取消恒速下坡功能并按驾驶员的操控执行。

远程控制(预留)

车辆上装有GPRS通讯单元,通过GRPS网络实时将车辆相关的信息传回总部,以便实时把控自卸车相关参数及远程故障的诊断

高速脉冲给定

采样实时输入的脉冲频率计算对应的功率

功率控制功能

根据PI调节后的给定功率和电机转速,可以通过F=P/V,计算出力矩大小,转化为变频器转矩,作为变频器转矩给定,进行转矩控制,可实现功率控制。

制动控制模块

电动轮中刹车使用的是电制动方式,软件中制动模式时使用的是速度控制,需要控制车辆减速停车,协调控制两路接触器与制动管开通进行能耗制动避免过压。

AI给定制动转矩上限

功能码设置AI输入最小电压、最小电压对应设定值、AI输入最大电压、最大电压对应设定值。采样实时输入的AI电压计算对应的转矩上限。

工作模式切换

电动轮系统中主要分为四种工作模式:休息、准备、牵引和制动模式

休息模式:柴油机正常工作,发电机无励磁不发电,低压控制系统供电正常,主牵引变频器的母线电压为0V,由车辆控制器给出休息模式IO信号;

准备模式:柴油机处于约750rpm/min,主牵引变频器的母线电压约为300Vdc,等待接受车辆控制器的下一步指令信号;

工作模式:分为牵引模式和制动模式;车辆在平路或上坡行走时需通过柴油机提供的能量通过逆变器驱动主牵引电机,当在下坡时,主牵引变频器根据工况进行能耗制动,以保持牵引系统的稳定运行,牵引变频器工作于制动状况时,柴油机处于高怠速(1500转)

六、设备现场图片

七、结束语

   通过汇川技术和湘电重装的深度合作开发的交流电动轮自卸车目前已经在内蒙中电投旗下的露天煤业试运行,通过一段时间的跟踪和调查,交流车无论在驾驶感受、性能、故障率还是在维修成本(时间成本、物力成本、人力成本等)各个方面相比于直流车都已经有很大程度的提高和改善,为电动轮自卸车的国产化发展带来了一次变革。

更多内容请访问 深圳市汇川技术股份有限公司(http://c.gongkong.com/?cid=49158)

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