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            洛陽合能電氣有限公司

            LUOYANG HENENG ELECTRIC CO.,LTD

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            電動壓路機驅動控制系統

            電動壓路機驅動控制系統

            以質量求生存,以信譽求發展,以服務贏市場

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            所屬分類:分布式電驅動礦用車

            電動壓路機驅動控制系統采用交-直-交傳動方式,以柴油發動機作為原動機,由主發電機將發動機的機械能轉化為電能。牽引變流柜將主發電機發出的電壓和頻率固定的三相交流電轉化為直流電,并由牽引逆變器將直流電轉化為電壓和頻率可控的交流電來驅動輪轂牽引電機,輪轂牽引電機帶動車輪實現推進功能。

            發布日期:2020-05-12 15:13:24

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              電動壓路機驅動控制系統采用交-直-交傳動方式,以柴油發動機作為原動機,由主發電機將發動機的機械能轉化為電能。牽引變流柜將主發電機發出的電壓和頻率固定的三相交流電轉化為直流電,并由牽引逆變器將直流電轉化為電壓和頻率可控的交流電來驅動輪轂牽引電機,輪轂牽引電機帶動車輪實現推進功能。當牽引變流柜工作在制動狀態時,制動能量可通過牽引逆變器的制動控制,將其回饋到直流母線上給電池充電,如果不配置電池則通過斬波控制將制動能量消耗在制動電阻柵上,實現無摩擦制動方式。采用PLC邏輯控制,可實現壓路機牽引、制動的無級調速和定速巡航功能。

                 輪胎壓路機的電傳動系統由電力推進系統、24V電氣系統(硬件)、以及電控系統(軟件)組成。電力驅動系統主要功能是能量傳遞,將柴油發動機的機械能轉化為電能驅動輪轂驅動電機,輪轂牽引電機把電能轉化為機械能驅動車輪實現行走。電力驅動系統包括永磁同步發電機、牽引變流柜、外轉子輪轂牽引電機、制動電阻柵等,系統的額定電壓采用480VAC,原理圖如圖1所示

            電控系統原理圖

              圖1 電力推進系統原理圖

              主發電機為永磁同步發電機,其技術參數可根據用戶要求定制:

              額定功率:     100- 300kW

              額定轉速:      2200r/min

              額定電壓:      480VAC

              額定頻率:      300Hz

              數:             12

              冷卻方式:      水冷(≤145℃)

              緣等:      F

              防護等:      IP54

              工作制式:      S1

              牽引變流裝置主要由發電機控制器、斬波器、牽引逆變器、吸收電容以及保護電路等組成,模塊化設計,集整流、斬波、變頻變流功能為體,采用一體化鑄鋁外殼,如圖2所示。

              發電機控制器采用三相IGBT電路,將主發電機輸出的三相交流電轉化為電壓電流可調的直流電,輸送到斬波器和牽引逆變器。

              牽引逆變器為電傳動系統的技術核心所在,包括ICU(逆變控制單元)、FC(濾波電容器)、傳感器、逆變器功率模塊。牽引逆變器將直流電轉化為電壓和頻率可控的三相交流電,按控制所期望的轉矩和轉速來調節輸出的電壓和電流波形,完成主電路和牽引電機之間的能量傳輸,實現壓路機推進和電制動的連續控制。壓路機在電制動時,牽引逆變器通過控制,使牽引電機工作在發電機模式,將制動能量轉化為電能并回饋到直流母線上。

              斬波器由IGBT和功率二管橋式電路組成,實現穩定母線電壓,消耗制動能量的控制功能。系統對直流母線電壓進行監測,如果母線電壓高于660VDC的設定值,斬波器投入工作,將制動能量輸送到電阻柵,并由電阻柵把制動能量消耗盡。

              吸收電容用以消除由于母排的雜散電感引起的尖峰電壓,保證直流電壓的品質。保護電路主要有直流母線正負對地漏電檢測保護電路、緊急放電電路、直流母線帶電指示電路。

            牽引變流柜三維圖

              圖2 牽引變流裝置三維圖

              牽引變流裝置技術參數如下:

              輸入電壓:      480VAC

              額定功率:      100-300kW

              斬波電壓:      660VDC

              斬波功率:      100-300kW

              輸出電壓:      0~480VAC

              工作頻率:      1~300Hz

              冷卻方式:      水冷(≤80℃)

              防護等:      IP65

              電阻柵將斬波器傳送過來的制動能量以電阻發熱的形式消耗掉。電阻選用耐高溫材料Cr20Ni35。電阻柵外形尺寸及溫度曲線如圖3所示。

            電阻柵外形尺寸及溫度曲線

            電阻柵外形尺寸及溫度曲線

              圖3 電驅系統電阻柵尺寸及溫升曲線

              電阻柵技術參數如下:

              斬波電壓:                660VDC

              額定功率:                20-200kW(詳見制動功率計算)

              阻值(20℃):         8.7Ω±5%

              緣電阻:                ≤10MΩ

              工頻耐壓:                2500VAC 1min不擊穿

              電阻溫度:         不允許超過500℃

             牽引電機采用11臺外轉子輪轂電機,單臺技術參數如下:

              額定功率:      10-28kW

              額定電壓:      480VAC

              額定轉速:      200r/min

              峰值轉速:      900r/min

              過載能力:      2.5倍

              冷卻方式:      水冷(≤145℃)

              防護等:      IP54

              工作制式:      S1

              24V電氣系主要由PLC(可編程控制器)、操縱桿(集成調速和換檔功能)、HMI(人機界面,可編程觸摸屏顯示器)、故障復位開關、以及信號采集傳感器等硬件組成,原理圖如圖4所示。

                   可編程控制器PLC采用基于CoDeSys編程平臺的工程車輛用移動控制器C310。C310是款基于CoDeSysV2.3軟件平臺開發的可現場編程控制器,在惡劣環境如高振動、寬溫度變化和潮濕等條件下仍能正常工作,具有高可靠性和安性。

              主要點如下:

              16bit,40MHZ處理器;

              2路CAN接口,1路RS232接口;

              集成功率輸出供電管理,對輸出功能起到保護作用;

              帶主板溫度檢測,可對PLC的運行提供參數及保護;

              帶主板電壓檢測,可實時掌握PLC的電源運行情況;

              集成鑰匙開關和保持開關,可對PLC的上電、斷電進行軟件控制;

              帶輸出故障檢測,可在任意時刻監測PLC的輸出管腳是否正常;

              可讀取用戶編碼,對用戶的程序及參數提供保護;

              具有上電冷態檢測功能,可檢測PLC每個輸出管腳是否開路或短路(大于8A,帶FB功能管腳除外);

              高防護等IP67;連接器鍍金接觸、密封良好;

              個8針AMP接插件和三個23針AMP接插件。

            電力推進系統原理

              圖4 電控系統原理圖

            PLC


              圖5 PLC

               調速-檔位操縱桿選用SEK系列,適用于礦山機械、船用機械、工程機械,如圖6所示。操縱桿具有以下點:

              操縱桿集成調速信號和換檔信號,減少操作復雜性,節省安裝空間;

              操縱桿金屬結構安可靠,系統按IP65 等設計,防塵防水方面表現突出;

              操縱桿配備模塊化電路輸出,性價比高;

              操縱桿人性化設計,手柄握持感強,操作方便;

              操縱桿帶中心零位鎖定,防止誤操作;

              操縱桿采用摩擦定位,手動復位,便于實現定速巡航控制。

            集調速和換檔功能為體的操縱桿

              圖6 集調速和換檔功能為體的操縱桿

            HMI

             圖7 HMI

              人機界面HMI選用上海鴻昶7寸CAN總線可編程觸摸屏,CAN總線口支持CAN2.0標準的所有CAN通訊協議,包括主流的CANopen和J1939協議,在工程機械、種車輛等域大量的應用。HMI主要技術參數如下:

              操作系統:      WINCE組態軟件

              顯示尺寸:      7 寸真彩TFT(152.0W×91.0Hcm)

              分辨率:          800×480

              通訊口:      COM1:RS232/RS422/RS485/CAN,COM2:RS232C/RS485

              工作溫度:      -10~60℃

              工作濕度:      10~90%RH(無冷凝)

              防震度:          10 ~25 Hz(X、Y、Z 方向2G/30min)

              防護等:      IP65(面板)

              電控系統通過軟件實現電傳動系統的數據采集處理、控制算法邏輯分析、控制信號輸出、總線數據通信等功能。軟件由PLC主控制程序和顯示器程序兩部分組成,實現壓路機的推進和電制動轉矩控制、定速巡航、以及車輛狀態顯示/報警等人機交互功能。

              主控制程序裝載于PLC中,按功能模塊編程,主要模塊包括:輸入口數據采集處理模塊、推進控制功能模塊、信息分析處理模塊、故障診斷模塊、顯示器數據處理模塊、數據通信模塊、信號輸出口控制模塊。

              主控制程序的功能為,裝載控制軟件程序,實時檢測輸入口的指令信號,在滿足功能條件后,啟動相應功能模塊的控制程序,通過邏輯運算輸出信號控制執行元件工作,實現推進、電制動、狀態顯示等功能。PLC的數據顯示功能模塊接收牽引變流柜和發動機的數據進行分析處理,并傳輸到顯示器進行顯示,故障信息可進行聲光報警,以提示駕駛人員。

              顯示器程序包括畫面制作和數據組態兩部分。顯示器畫面制作分為開機歡迎屏、主顯示屏、狀態監控和報警屏,畫面顯示內容為壓路機工作狀態的數據監控和報警,包括電傳動系統、電控系統、以及發動機的實時工作狀態,并對故障信息進行聲光報警和提示。顯示和報警功能由PLC和HMI共同實現,主要包括:工作狀態顯示,故障信息記錄和報警,人機交互操作。工作狀態顯示主要對發動機、電傳動系統進行監控。


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