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LUOYANG HENENG ELECTRIC CO.,LTD

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电动压路机驱动控制系统

电动压路机驱动控制系统

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所属分类:分布式电驱动矿用车

电动压路机驱动控制系统采用交-直-交传动方式,以柴油发动机作为原动机,由主发电机将发动机的机械能转化为电能。牵引变流柜将主发电机发出的电压和频率固定的三相交流电转化为直流电,并由牵引逆变器将直流电转化为电压和频率可控的交流电来驱动轮毂牵引电机,轮毂牵引电机带动车轮实现推进功能。

发布日期:2020-05-12 15:13:24

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  电动压路机驱动控制系统采用交-直-交传动方式,以柴油发动机作为原动机,由主发电机将发动机的机械能转化为电能。牵引变流柜将主发电机发出的电压和频率固定的三相交流电转化为直流电,并由牵引逆变器将直流电转化为电压和频率可控的交流电来驱动轮毂牵引电机,轮毂牵引电机带动车轮实现推进功能。当牵引变流柜工作在制动状态时,制动能量可通过牵引逆变器的制动控制,将其回馈到直流母线上给电池充电,如果不配置电池则通过斩波控制将制动能量消耗在制动电阻栅上,实现无摩擦制动方式。采用PLC逻辑控制,可实现压路机牵引、制动的无级调速和定速巡航功能。

     轮胎压路机的电传动系统由电力推进系统、24V电气系统(硬件)、以及电控系统(软件)组成。电力驱动系统主要功能是能量传递,将柴油发动机的机械能转化为电能驱动轮毂驱动电机,轮毂牵引电机把电能转化为机械能驱动车轮实现行走。电力驱动系统包括永磁同步发电机、牵引变流柜、外转子轮毂牵引电机、制动电阻栅等,系统的额定电压采用480VAC,原理图如图1所示

电控系统原理图

  图1 电力推进系统原理图

  主发电机为永磁同步发电机,其技术参数可根据用户要求定制:

  额定功率:     100- 300kW

  额定转速:      2200r/min

  额定电压:      480VAC

  额定频率:      300Hz

  数:             12

  冷却方式:      水冷(≤145℃)

  缘等:      F

  防护等:      IP54

  工作制式:      S1

  牵引变流装置主要由发电机控制器、斩波器、牵引逆变器、吸收电容以及保护电路等组成,模块化设计,集整流、斩波、变频变流功能为体,采用一体化铸铝外壳,如图2所示。

  发电机控制器采用三相IGBT电路,将主发电机输出的三相交流电转化为电压电流可调的直流电,输送到斩波器和牵引逆变器。

  牵引逆变器为电传动系统的技术核心所在,包括ICU(逆变控制单元)、FC(滤波电容器)、传感器、逆变器功率模块。牵引逆变器将直流电转化为电压和频率可控的三相交流电,按控制所期望的转矩和转速来调节输出的电压和电流波形,完成主电路和牵引电机之间的能量传输,实现压路机推进和电制动的连续控制。压路机在电制动时,牵引逆变器通过控制,使牵引电机工作在发电机模式,将制动能量转化为电能并回馈到直流母线上。

  斩波器由IGBT和功率二管桥式电路组成,实现稳定母线电压,消耗制动能量的控制功能。系统对直流母线电压进行监测,如果母线电压高于660VDC的设定值,斩波器投入工作,将制动能量输送到电阻栅,并由电阻栅把制动能量消耗尽。

  吸收电容用以消除由于母排的杂散电感引起的尖峰电压,保证直流电压的品质。保护电路主要有直流母线正负对地漏电检测保护电路、紧急放电电路、直流母线带电指示电路。

牵引变流柜三维图

  图2 牵引变流装置三维图

  牵引变流装置技术参数如下:

  输入电压:      480VAC

  额定功率:      100-300kW

  斩波电压:      660VDC

  斩波功率:      100-300kW

  输出电压:      0~480VAC

  工作频率:      1~300Hz

  冷却方式:      水冷(≤80℃)

  防护等:      IP65

  电阻栅将斩波器传送过来的制动能量以电阻发热的形式消耗掉。电阻选用耐高温材料Cr20Ni35。电阻栅外形尺寸及温度曲线如图3所示。

电阻栅外形尺寸及温度曲线

电阻栅外形尺寸及温度曲线

  图3 电驱系统电阻栅尺寸及温升曲线

  电阻栅技术参数如下:

  斩波电压:                660VDC

  额定功率:                20-200kW(详见制动功率计算)

  阻值(20℃):         8.7Ω±5%

  缘电阻:                ≤10MΩ

  工频耐压:                2500VAC 1min不击穿

  电阻温度:         不允许超过500℃

 牵引电机采用11台外转子轮毂电机,单台技术参数如下:

  额定功率:      10-28kW

  额定电压:      480VAC

  额定转速:      200r/min

  峰值转速:      900r/min

  过载能力:      2.5倍

  冷却方式:      水冷(≤145℃)

  防护等:      IP54

  工作制式:      S1

  24V电气系主要由PLC(可编程控制器)、操纵杆(集成调速和换档功能)、HMI(人机界面,可编程触摸屏显示器)、故障复位开关、以及信号采集传感器等硬件组成,原理图如图4所示。

       可编程控制器PLC采用基于CoDeSys编程平台的工程车辆用移动控制器C310。C310是款基于CoDeSysV2.3软件平台开发的可现场编程控制器,在恶劣环境如高振动、宽温度变化和潮湿等条件下仍能正常工作,具有高可靠性和安性。

  主要点如下:

  16bit,40MHZ处理器;

  2路CAN接口,1路RS232接口;

  集成功率输出供电管理,对输出功能起到保护作用;

  带主板温度检测,可对PLC的运行提供参数及保护;

  带主板电压检测,可实时掌握PLC的电源运行情况;

  集成钥匙开关和保持开关,可对PLC的上电、断电进行软件控制;

  带输出故障检测,可在任意时刻监测PLC的输出管脚是否正常;

  可读取用户编码,对用户的程序及参数提供保护;

  具有上电冷态检测功能,可检测PLC每个输出管脚是否开路或短路(大于8A,带FB功能管脚除外);

  高防护等IP67;连接器镀金接触、密封良好;

  个8针AMP接插件和三个23针AMP接插件。

电力推进系统原理

  图4 电控系统原理图

PLC


  图5 PLC

   调速-档位操纵杆选用SEK系列,适用于矿山机械、船用机械、工程机械,如图6所示。操纵杆具有以下点:

  操纵杆集成调速信号和换档信号,减少操作复杂性,节省安装空间;

  操纵杆金属结构安可靠,系统按IP65 等设计,防尘防水方面表现突出;

  操纵杆配备模块化电路输出,性价比高;

  操纵杆人性化设计,手柄握持感强,操作方便;

  操纵杆带中心零位锁定,防止误操作;

  操纵杆采用摩擦定位,手动复位,便于实现定速巡航控制。

集调速和换档功能为体的操纵杆

  图6 集调速和换档功能为体的操纵杆

HMI

 图7 HMI

  人机界面HMI选用上海鸿昶7寸CAN总线可编程触摸屏,CAN总线口支持CAN2.0标准的所有CAN通讯协议,包括主流的CANopen和J1939协议,在工程机械、种车辆等域大量的应用。HMI主要技术参数如下:

  操作系统:      WINCE组态软件

  显示尺寸:      7 寸真彩TFT(152.0W×91.0Hcm)

  分辨率:          800×480

  通讯口:      COM1:RS232/RS422/RS485/CAN,COM2:RS232C/RS485

  工作温度:      -10~60℃

  工作湿度:      10~90%RH(无冷凝)

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

  防护等:      IP65(面板)

  电控系统通过软件实现电传动系统的数据采集处理、控制算法逻辑分析、控制信号输出、总线数据通信等功能。软件由PLC主控制程序和显示器程序两部分组成,实现压路机的推进和电制动转矩控制、定速巡航、以及车辆状态显示/报警等人机交互功能。

  主控制程序装载于PLC中,按功能模块编程,主要模块包括:输入口数据采集处理模块、推进控制功能模块、信息分析处理模块、故障诊断模块、显示器数据处理模块、数据通信模块、信号输出口控制模块。

  主控制程序的功能为,装载控制软件程序,实时检测输入口的指令信号,在满足功能条件后,启动相应功能模块的控制程序,通过逻辑运算输出信号控制执行元件工作,实现推进、电制动、状态显示等功能。PLC的数据显示功能模块接收牵引变流柜和发动机的数据进行分析处理,并传输到显示器进行显示,故障信息可进行声光报警,以提示驾驶人员。

  显示器程序包括画面制作和数据组态两部分。显示器画面制作分为开机欢迎屏、主显示屏、状态监控和报警屏,画面显示内容为压路机工作状态的数据监控和报警,包括电传动系统、电控系统、以及发动机的实时工作状态,并对故障信息进行声光报警和提示。显示和报警功能由PLC和HMI共同实现,主要包括:工作状态显示,故障信息记录和报警,人机交互操作。工作状态显示主要对发动机、电传动系统进行监控。


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