CN114274983A - 一种隧道牵引电机车及其动力控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种隧道牵引电机车及其动力控制系统，包括动力母线、动力电池、若干个传动连接车轮的驱动电机以及与驱动电机一一对应控制连接的变频器；每个变频器均设置有主从模块，各个变频器的主从模块依次级联，所述主从模块用于将一台变频器的速度控制命令传给其他变频器；所述动力电池通过动力母线驱动连接各个变频器。通过变频器上设置的主从模块，将主变频器上的速度控制命令依次发送给各个从变频器，同时调整主、从变频器的下垂功能，保证各个变频器输出的速度与频率相同、功率平衡。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道牵引电机车及其动力控制系统，属于隧道牵引机车领域。
背景技术
隧道电机车多采用“一拖多”控制，即一台变频器控制多台电机，控制模式为VF(改变电压就改变频率)。此控制系统缺点是控制精度低，低频时转矩低，造成电机车在遇到大坡度时电机震荡无法拖动负载正常运行。
有部分牵引电机车采用“一拖一”控制，即一台变频器控制一台电机，但变频器没有采用闭环或是多台变频器之间没有采用主从，此控制系统缺点是无法保证在坡度路段多台电机速度和功率不匹配时快速响应调整。
少数牵引电机车涉及到闭环及主从控制，主机采用速度模式，从机采用转矩模式，此种主从方式适用于多台电机同轴连接、齿轮连接等刚性连接。电机车的结构形式有前后多组轮对，电机通过减速机与轮对连接，多台电机没有同轴、也不属于齿轮连接，因此主机速度从机转矩的主从模式并不适用于电机车，不能保证多台电机速度同步和功率平衡。
发明内容
本发明的目的是提供一种隧道牵引电机车及其动力控制系统，用以解决在多台电机不能同轴连接时，保证多台电机速度和功率相匹配的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：一种隧道牵引电机车动力控制系统，包括动力母线、动力电池、若干个传动连接车轮的驱动电机以及与驱动电机一一对应控制连接的变频器；每个变频器均设置有主从模块，各个变频器的主从模块依次级联，所述主从模块用于将一台变频器的速度控制命令传给其他变频器；所述动力电池通过动力母线驱动连接各个变频器，通过一台变频器的速度控制命令控制各个变频器的速度保持同步。
本发明的一种隧道牵引电机车动力控制系统，包括动力母线、动力电池、变频器和驱动电机；驱动电机与变频器一一对应连接，通过变频器上设置的主从模块，将各个变频器的主从模块依次级联，将主变频器上的速度控制命令依次发送给各个从变频器，保证各个变频器输出的速度相同。
进一步地，通过各个变频器内的下垂功能调整各个变频器的输出功率，以使各个变频器的功率保持平衡。
运用变频器在添加主从模块后具有的主从功能和变频器本身具有的下垂功能，能保证隧道牵引电机车在坡度段、加速段、减速段能够实时根据主变频器和从变频之间的速度差、功率差快速相应调整，使主变频器、从变频器保持频率相同，从而保持速度相同和功率平衡。
进一步地，每个驱动电机上设置了用于检测电机转速的编码器，变频器采样连接其所对应的驱动电机上设置的编码器。
变频器采样连接了变频器对应的驱动电机上设置的编码器，用于实时监测编码器反馈的脉冲值。机车停在坡道情况下，若制动气路刹车失灵，此时变频器检测到编码器的脉冲值大于容限阈值，变频器自动输出力矩，使电机停止转动。
进一步地，还包括PLC，每个变频器均设置485通信模块，PLC通过485通信线路依次通信连接每个变频器内的485通信模块，用于获取变频器的数据信息。
PLC通过485模块通信采集多台变频器的运行信息、故障信息，并显示在触摸屏上，供驾驶人员了解设备运行情况。
进一步地，所述动力母线上还连接了制动模块，用于在回馈能量大于设定阈值时消耗掉额外的动能回收能量。
本发明的一种隧道牵引电机车，包括动力母线、动力电池、若干个传动连接车轮的驱动电机以及与驱动电机一一对应控制连接的变频器；每个变频器均设置有主从模块，各个变频器的主从模块依次级联，所述主从模块用于将一台变频器的速度控制命令传给其他变频器；所述动力电池通过动力母线驱动连接各个变频器，通过一台变频器的速度控制命令控制各个变频器的速度保持同步。
本发明的一种隧道牵引电机车动力控制系统，包括动力母线、动力电池、变频器和驱动电机；驱动电机与变频器一一对应连接，通过变频器上设置的主从模块，将各个变频器的主从模块依次级联，将主变频器上的速度控制命令依次发送给各个从变频器，保证各个变频器输出的速度相同。
进一步地，通过各个变频器内的下垂功能调整各个变频器的输出功率，以使各个变频器的功率保持平衡。
运用变频器在添加主从模块后具有的主从功能和变频器本身具有的下垂功能，能保证隧道牵引电机车在坡度段、加速段、减速段能够实时根据主变频器和从变频之间的速度差、功率差快速相应调整，使主变频器、从变频器保持频率相同，从而保持速度相同和功率平衡。
进一步地，每个驱动电机上设置了用于检测电机转速的编码器，变频器采样连接其所对应的驱动电机上设置的编码器。
变频器采样连接了变频器对应的驱动电机上设置的编码器，用于实时监测编码器反馈的脉冲值。机车停在坡道情况下，若制动气路刹车失灵，此时变频器检测到编码器的脉冲值大于容限阈值，变频器自动输出力矩，使电机停止转动。
进一步地，还包括PLC，每个变频器均设置485通信模块，PLC通过485通信线路依次通信连接每个变频器内的485通信模块，用于获取变频器的数据信息。
PLC通过485模块通信采集多台变频器的运行信息、故障信息，并显示在触摸屏上，供驾驶人员了解设备运行情况。
进一步地，所述动力母线上还连接了制动模块，用于在回馈能量大于设定阈值时消耗掉额外的动能回收能量。
附图说明
图1为动力控制系统线路简图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
系统实施例：
本发明提供一种隧道牵引电机车动力控制系统，如附图所示，包含动力电池、断路器、多台变频器、多张编码器卡、多个主从模块、多个485模块、多台电机、多台编码器、制动模块、开关电源、PLC、触摸屏，其中图1中的n≥1。
动力电池供电连接断路器，断路器连接了开关电源、变频器和制动模块。开关电源控制连接了触摸屏和PLC，PLC上设置了485模块。变频器上安装了主从模块、485模块和编码器卡，编码器卡与编码器连接，编码器与电机同轴连接，电机还连接在变频器上。
本发明中的牵引电机车动力控制系统包含多台变频器，每台变频机都连接了一个电动机，每个变频器同样安装了主从模块、485模块和编码器卡，编码器卡同样与编码器连接，编码器与对应的电动机同轴连接。PLC上的485模块连接每个变频器上的485模块。变频器上的编码器卡与编码器连接，编码器与电机同轴连接，变频器实时检测编码器反馈的脉冲值，设置容限脉冲阈值和保持时间。机车在坡道上停车后，正常情况下制动气路会刹车。在制动气路刹车失灵时，机车在重力作用下会下滑，编码器会随着电机轴转动，变频器在没有运行命令和速度命令条件下检测到脉冲值大于容限阈值，变频器可在0HZ自适应输出力矩使机车停在原地，在设定的时间内持续输出力矩。保持时间结束后，变频器重复上述过程，直到变频器失去电源关机或接受到新的运行命令和速度命令。
主从模块安装在变频器上，多台变频器通过主从模块连接，主从模块不限于主从卡或主从端子，设置其中任意一台变频器为主变频器，其他变频器为从变频器。主变频器、从变频器均设置为速度模式，主变频器将方向命令和速度命令通过主从模块传给从变频器，从变频器按照主变频器给定的方向和速度运行保证速度同步。设置主变频器、从变频器的下垂功能，实时检测主变频器、多台从机变频器的输出电流。输出电流大的变频器将按照变频器内置的下垂控制曲线降低输出频率，从而降低输出电流；输出电流小的变频器将按照变频器内置的下垂控制曲线提高输出频率，从而提高输出电流，最终使具备主从关系的多台变频器频率相同，速度同步，输出电流接近，功率平衡。
PLC和多台变频器上均安装RS485模块，PLC与多台变频器通过RS485通信连接，每台变频器设置唯一地址码。PLC通过Modbus通信实时采集多台变频器的运行信息、故障信息，并显示在触摸屏上，供驾驶人员了解设备运行情况。
设置合适的制动单元导通阈值，即可以给电池反充电补充电量，又能保护电池不受损伤。隧道牵引电机车减速、停车、下坡过程中，电机处于发电状态，将制动能量传递到变频器直流环节，引起变频器母线电压抬升，高于电池电压，电流从变频器母线流向电池，给电池反充电。待变频器母线电压高于制动模块导通阈值时，电流从变频器母线流向制动模块，由制动模块发热消耗，避免变频器母线电压、电池电压继续上升导致损伤。待母线电压低于制动单元导通阈值时，制动单元关闭，避免制动模块消耗电池电量。
动力电池包含两组完成相同的独立模块，其电芯数量及串并联方式、电压传感器数量及位置、温度传感器数量及位置、管理系统从机数量及位置均相等或相同。任一组模块出现停机故障时，管理系统主机可关闭该模块，另一模块继续放电，供机车驶出隧道。
本发明提供的一种隧道牵引电机车动力控制系统，通过变频器与电机、编码器连接，采用“一拖一”闭环控制，具备零速锁定电机功能。在坡道上停车后速度降为0时，持续检测编码器是否有脉冲输出，并据此控制电机自适应输出力矩，使电机车保持在原地。多台变频器通过主从模块实现一主多从连接，主机和从机均采用速度模式保持速度同步，通过调整下垂功能达到功率平衡，在坡度段也能实时根据主变频器、从变频器之间细微的速度差、功率差快速响应调整，使主变频器、从变频器保持速度同步和功率平衡。
电机车实施例：
本发明还提供一种隧道牵引电机车，隧道牵引电机车的控制系统采用上述隧道牵引电机车的控制系统，隧道牵引电机车控制系统已经在系统实施例中阐述清楚，此处不再赘述。
Claims (10)
1.一种隧道牵引电机车动力控制系统，其特征在于，包括动力母线、动力电池、若干个传动连接车轮的驱动电机以及与驱动电机一一对应控制连接的变频器；每个变频器均设置有主从模块，各个变频器的主从模块依次级联，所述主从模块用于将一台变频器的速度控制命令传给其他变频器；所述动力电池通过动力母线驱动连接各个变频器，通过一台变频器的速度控制命令控制各个变频器的速度保持同步。
2.根据权利要求1所述的隧道牵引电机车动力控制系统，其特征在于，通过各个变频器内的下垂功能调整各个变频器的输出功率，以使各个变频器的功率保持平衡。
3.根据权利要求1所述的隧道牵引电机车动力控制系统，其特征在于，每个驱动电机上设置了用于检测电机转速的编码器，变频器采样连接其所对应的驱动电机上设置的编码器。
4.根据权利要求2所述的隧道牵引电机车动力控制系统，其特征在于，还包括PLC，每个变频器均设置485通信模块，PLC通过485通信线路依次通信连接每个变频器内的485通信模块，用于获取变频器的数据信息。
5.根据权利要求1所述的隧道牵引电机车动力控制系统，其特征在于，所述动力母线上还连接了制动模块，用于在回馈能量大于设定阈值时消耗掉额外的动能回收能量。
6.一种隧道牵引电机车，其特征在于，包括动力母线、动力电池、若干个传动连接车轮的驱动电机以及与驱动电机一一对应控制连接的变频器；每个变频器均设置有主从模块，各个变频器的主从模块依次级联，所述主从模块用于将一台变频器的速度控制命令传给其他变频器；所述动力电池通过动力母线驱动连接各个变频器，通过一台变频器的速度控制命令控制各个变频器的速度保持同步。
7.根据权利要求6所述的隧道牵引电机车，其特征在于，通过各个变频器内的下垂功能调整各个变频器的输出功率，以使各个变频器的功率保持平衡。
8.根据权利要求6所述的隧道牵引电机车，其特征在于，每个驱动电机上设置了用于检测电机转速的编码器，变频器采样连接其所对应的驱动电机上设置的编码器。
9.根据权利要求7所述的隧道牵引电机车，其特征在于，还包括PLC，每个变频器均设置485通信模块，PLC通过485通信线路依次通信连接每个变频器内的485通信模块，用于获取变频器的数据信息。
10.根据权利要求6所述的隧道牵引电机车，其特征在于，所述动力母线上还连接了制动模块，用于在回馈能量大于设定阈值时消耗掉额外的动能回收能量。
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