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基于变频调速控制系统的高架游览车

2012-06-27 15:08
路过的码农
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  引言

  游览车来说,舒适安全为第一要求,因此要求变频调速装置性能优良、可靠性高。本文将通用变频器用于高架单轨车的调速传动系统,对车辆起动、变速及稳速控制等技术题目作了分析与解决。

  系统方案

  富士FRENICG9S变频器功能丰富,将“矢量控制”概念用于通用变频器的控制,可自动测试电动机参数,能正确地按照各种负载状况,计算电动机的输出转矩,根据计算结果最佳控制电压、电流矢量。

  游览车电源电压为三相380V,是由展设在轨道上的电缆母线通过碳刷供给。共有四台相同的交流异步变频电动机,分别驱动游览车的四个车轮。轨道为环形,单轨,宽450mm,全长1800m,其中上下坡长度300m,最大坡度30°,共设有三站,全程运行时间约15min。电动机参数如下:额定功率为4.4kW,额定电压为380V,额定电流为11A,额定频率为40Hz,功率因数为0.76,极数为4极。

  游览车的驱动总功率即为17.6kW,电动机总额定电流为44A。但计算可知,所用变频电动机相当于额定功率为5.5kW普通电动机,相应四台电动机总功率为22kW。由于不仅要保证游览车满载运行,当轨道前方车辆出现故障时,还必须能推动故障车辆继续前进,而且上坡时一旦停车能重新起动,因此变频器的容量选择必须合适。电动机过载倍数一般为1.8~2.5,即电动机总电流可达110A。经计算、试验,决定选用富士FRN37G9S—4变频器,其额定电流为75A,过载能力:150%1min。另加制动单元选件,以连接刹车电阻,实现刹车功能。刹车电阻安装在游览车底,它由三个72Ω的电阻箱并联组成。

  利用变频器的多级频率设定功能,通过设定相应的各级频率值,并由变频器输进端子X1、X2、X3输进传感器检测信号,就可方便实现游览车行驶要求的高速、中速、低速三档速度,即正常行驶时高速,进站/出站及部分弯道行驶时中速,手动时低速。

  另外,用于电动机抱闸控制的变频器频率检测信号FDT是开集电极输出,而非继电器接点输出,使用不便。而电源侧接触器动作命令AXl/AX2的继电器接点输出闲置,因此将变频器主控制板上AXl/AX2信号断开,而将FDT信号输进到AXl/AX2继电器的驱动电路,于是AXl/AX2即变成FDT信号的继电器接点输出。这样就省往继电器单元选件,降低系统本钱,并减少故障率。

  控制要求与措施

  富士FRENIC5000G9S/P9S变频器选择转矩矢量控制的条件有:一台变频器只能控制一台电动机,并只可以与同级容量或低一级容量的电动机配合。由于游览车选用的变频器系交-直-交电压型变频器,而四台电动机参数一致,同步运行。因此,假如参数设置得当,变频器完全可以采用转矩矢量控制方式并充分发挥其性能。

  世界之窗高架游览车系统实行无人驾驶,自动运行,集中监控。在轨道和车辆上装有相应的传感器装置,自动控制车辆进站/出站、加速/减速及安全防护。变频器作为游览车驱动控制的核心,各项参数的设定要正确计算、反复调整,才能实现最高性能。

  游览车的主要运行状态可分为:起动/加速、停车/减速、恒速及变速行驶等,对传动控制系统的要求与相应的技术措施,下面进行具体分析。

  起动:为了减少起动/停车时加/减速的冲击,变频器选用S-曲线加速/减速模式,使输出频率在起动时与到达设定频率时,减速开始时与停止时按S-曲线平滑变化。这样使游览车起停非常平滑,进步了乘坐的舒适感。

  假如按标准组合适配电动机,并采用转矩矢量控制方式时,变频器能用1Hz设定实现150%以上的高起动转矩。但在游览车上坡行驶途中停车重新起动试验时发现,车辆会先下滑后退,然后再加速前进,即有所谓“溜车”现象,且不论空车还是推车试验,都是如此。尽管反复调整变频器参数,仍无法消除此现象。

  假如变频器采用V/f控制方式,也曾在现场进行过试验,结果发现,空车尚可,满载且坡度较大时则无法起动,甚至使车辆产生剧烈震动。这是由于V/f控制时,电动机起动转矩不够,当变频器输出频率按设定的加速时间逐渐增大,电动机却静止不动或者反转,而使电动机电流迅速增大,在变频器自动加速功能作用下,变频器调低输出频率,重新加速,如此反复,造成车辆震动。可见,V/f控制方式不能满足要求。

 

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