高性能矢量控制變頻器于鐵路起重設備的應用

    本文以某鐵通設備供應商的“貨運火車輪檢修輸送線”為依托，重點闡述了使用臺達CH2000高性能矢量控制變頻器解決火車輪地下輸送線和地上輸送線間的車輪移栽起重解決方案。

    隨著中國鐵路跨越式發(fā)展步伐的不斷加快，以及鐵路更高技術速度戰(zhàn)略的實施，當前鐵路設備的維修水平與現(xiàn)場實際需求間的差距已經(jīng)日益突出。目前中國鐵路維修設備的現(xiàn)狀是：①鐵路維護設備的自動化水平不高，造成維護效率低，人力成本高的現(xiàn)狀；②鐵路設備中間技術人才缺失，導致中間技術力量薄弱；③設備投入成本大、收益慢等因素導致鐵路設備商技術更新慢，技術投入消極。

    但隨著近幾年鐵路市場的進步，國內一部分自動化設備公司已經(jīng)開拓這一片市場。臺達變頻器積極助力鐵路自動化技術的進步，與多家鐵路自動化公司合作幫助客戶提高鐵路設備自動化水平，為客戶帶來巨大的效益。

車輪移載工藝要求及系統(tǒng)構架

    由于貨運火車的載荷較重，火車車輪在鋼軌上受到的擠壓力較大，維修車站需要定期收集需要修理的火車輪。將需要修理的火車輪收集在一起后，將待修理的車輪運輸?shù)叫蘩碥囬g，由于收集車間和修理車間存在一定距離，且車車輪重量較重搬運費時費力，這一套車輪移載輸送方案解決了用戶的困難。

圖1貨運火車輪移載輸送線工藝

    如圖1所示，待檢測的火車輪集中收集后，通過水平傳送帶自行運行到機械手抓取區(qū)。待車輪運行到地下后通過地下輸送到提升和下降的起重井中。上升和下降的起重井有VFD185CH43A驅動。

客戶要求驅動升降平臺運行平穩(wěn)，在最高點和最低點時不能產(chǎn)生任何溜車現(xiàn)象，最高點最低點無抖動。停車時重復精度小于5mm。為了滿足客戶的工藝要求，整套輸送線的系統(tǒng)架構如圖2所示。

圖2系統(tǒng)架構

存在問題及解決方案

    在實際運行過程中，客戶反映存在以下問題：

  （1）“輕微溜車現(xiàn)象”：升降臺上升到頂端，變頻器STOP后平臺會下降3～5cm，類似某些起重設備，停止時會往下沉一小段。

  （2）H未到達F值。

  （3）偶爾出現(xiàn)第二段速未觸發(fā)。

    現(xiàn)場觀察后確實存在如（1）描述的問題，通過分析，認為可能的原因會有以下幾種：（a）錐形電機抱閘關閉前變頻器力矩不夠。（b）錐形電機本身的抱閘力矩不夠。（c）鏈輪、減速器等機械間隙。

圖3驅動方式

    解決辦法：臺達從客戶需求出發(fā)，結合設備基本工藝和現(xiàn)場環(huán)境的可行性，通過計算和對比分析，從三種可行方案中確定了臺達CH2000高性能矢量控制模式解決方案。通過現(xiàn)場的驗證，不僅解決客戶的設備生產(chǎn)需求，而且也豐富了臺達變頻器在鐵路設備行業(yè)中的解決方案。

     由于客戶反映某品牌變頻器在上升中沒有出現(xiàn)類似溜車的問題，故基本排除（c）的可能性。通過咨詢南京特種電機廠家的技術人員，得知電機可能出現(xiàn)電機抱閘力矩不夠的問題，需要重新上緊抱閘螺母。同時，按照錐形電機抱閘邏輯重新規(guī)劃VF曲線（如圖4、圖5所示），或者更換控制模式。

圖4V/F曲線規(guī)劃

圖5V/F曲線規(guī)劃

    效果：多次修改VF曲線效果均不佳，同時切換自由停車/減速停車，效果均未能改善。且客戶比較反對減速停車，要求自由停車。自由停車后停止效果由電機抱閘控制，變頻器輸出非控制狀態(tài)，故需要對電機的抱閘重新緊螺母。

    嘗試FOCsensorless:由于在起重中低頻會出現(xiàn)控制發(fā)散的可能性，但由于改現(xiàn)場的停止頻率為12HZ且是自由停車，故避開了TNcarve中的發(fā)散三角死區(qū)，圖6為調試步驟。

圖6調試步驟

    重復精度測試：客戶為了保證每次停車的位置不能有誤差累計且隨機誤差在5mm以內（數(shù)據(jù)如圖7所示），滿足了客戶需求。

圖7實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計

結語

    本案例為CH2000高性能矢量控制變頻器于鐵路設備之應用，目前該方面的應用較少，因此方案為未來的實際應用提供了參考。臺達CH2000FOCsensorless控制模式也適用于某些特定場合的起重應用。目前避開TNcave的三角區(qū)和低頻發(fā)散問題RD也有了新的解決方案，可以繼續(xù)使用在起重領域。