WK-35电铲下盘分离变频驱动控制装置的应用

皮海平

（江西铜业集团公司 德兴铜矿，江西 德兴 334224）

1 引言

目前运行于电铲的电气调速系统主要有三种形式: 发电机-电动机组直流调速系统、可控硅直流调压调速系统和交流变频调速系统，变频调速其优越的调速性能和交流电动机的高可靠性注定了它将逐步取代直流调速系统成为当今世界电铲电气调速的主要形式，采用变频调速系统也将是技术发展的必然趋势。2009年至今德兴铜矿先后引进了4台WK-35变频电铲，全部是由太原重工制造的采用变频调速系统电铲，斗容量为35m3，成为了德兴铜矿露采主要生产设备，2009年引进的电铲已经进入设备的大修维修期，为了实现上下盘举升分离后，既能实现下盘左右履带行走的独立控制驱动，又能实现下盘中心轴与上盘中心孔的精准对位［1］，必须要有2套变频驱动装置，如果用电铲自身驱动装置，电铲上盘必须通入6kV的高压电，启动高压变频器，操作人员在电铲的操作室操作，操作人员无法看到下盘的左右履带与4台同步举升的千斤顶的距离。为了实现安全可靠高效，必须设计选用一套合适的低压变频驱动装置［2］。

2 变频器驱动装置设计

2.1 维修WK-35电铲下盘行走计算

（1）下车总重量：360t。

（2）单条履带在平路行驶时所受阻力Fz：Fz=247.47kN，计算结果包含下车部分平地行走时的挤压和启动时惯性阻力。

（3）平路行驶时电机所需驱动转矩T：T=Fz·db/2·n·i=1083.9Nm，其中db为履带节距（1.44），i为传动比（206），n为效率（0.798）。

（4）选用132kW的标准电机，额定转速为980r/min，额定转矩为1286Nm，大于1083.9Nm。

当电机过载1.8倍时，最大转矩为2315Nm，这时需要160kW的变频器［3］：实际选用变频器功率为200kW，380V，其最大输出电流为555A的变频器。

2.2 变频器的主电路设计

WK-35电铲下盘行走机构(含履带、底架中央枢轴等)总重约360t。维修时选用2台功率200kW电源等级380VAC装置对应左右行走机构独立驱动，连同进线侧组件（刀熔开关等）成柜设计，主要功能是完成维修时通过行走机构独立驱动，实现下部机构的移动和复位，操作方式兼具有本地操作和遥控操作功能，驱动柜上进线下出线，柜内接线如图1所示。

图1 柜内接线图

2.3 变频器的操作面板设计

本地操作方式：本地操作为柜体面板操作，面板设置如图2所示，操作旋钮或按钮以字母S打头，第二位字母L表示左侧装置驱动控制，第二位字母R表示右侧装置驱动控制，第二位没有L或R为左右侧统一控制。

图2 面板设置

柜内设置有急停S2和复位S10按钮，分别用于在紧急情况下停止设备和故障发生时复位设备。以操作右侧驱动为例，面板操作时，先将控制类型旋钮SR1打到本地，本地控制有效。然后扳动启动按钮SR3将设备上电，运行指示灯SR4显示运行状态。如果需要恒速运行通过前进、后退旋钮SR5操作，旋钮回复到停止状态后控制速度回零。如果需要电动，则按下JOG前进或者JOG后退操作，按下有效，松开停止［4］。驱动结束后，将启动旋钮SR3返回至停止状态。

遥控操作方式：为方便操作，克服操作视线不佳的情况，本套装置配有遥控控制器，同样可以完成任务。操作遥控器轻巧便携，结实耐用,可视距离100m内有效，面板分为主功能区与辅助功能区，如图3所示。

图3 遥控器设置

遥控器也有急停按钮，按下后设备紧急停车。以遥控器操作右侧行走驱动为例，首先将柜门操作方式旋钮打在远程位置，远程控制有效。然后扳动启动旋钮SR3将设备上电，运行指示灯SR4显示运行状态。按下遥控器启动按钮，使能遥控器，长按右前按钮，设备以恒速向前运行，点动按下右前按钮，设备以点动方式向前运行［5］。长按右后按钮，设备以恒速向后运行，点动按下右后按钮，设备以点动方式向后运行。

3 行走车间试车Trace曲线

3.1 控制方式

采用开环U/f标准控制。

3.2 左行走曲线

采集曲线说明（图4～图8）：r63-红色（曲线1）-电机速度；r72-蓝色（曲线2）-输出电压；r68-黄色（曲线3）-输出电流。速度从0递加至400rpm（50rpm递增），再从400rpm递减至0（50rpm递减），再从0递增至-400rpm（50rpm递增），再从-400rpm递减至0（50rpm递减）。

图4 曲线全图（1）

图5 速度从0递增至400rpm

图6 速度从400rpm递减至0

图7 速度从0递增至-400rpm

图8 速度从-400rpm递减至0

3.3 右行走曲线

采集曲线说明（图9～图13）：r63-红色（曲线1）-电机速度；r72-蓝色（曲线2）-输出电压；r68-黄色（曲线3）-输出电流。速度从0递加至400rpm（50rpm递增），再从400rpm递减至0（50rpm递减），再从0递增至-400rpm（50rpm递增），再从-400rpm递减至0（50rpm递减）。

图9 曲线全图（2）

图10 速度从0递增至400rpm

图11 速度从400rpm递减至0

图12 速度从0递增至-400rpm

图13 速度从-400rpm递减至0

3.4 空载试车

左右行走电机在正负400rpm内运转正常。

4 应用效果

（1）操作简单，运行平稳，可前进、后退、左右转向。中心轴与中心孔的准确对位。

（2）无需大型吊车，工程机械拖拉设备，节省了维修下盘的辅助设备人员工时费用，缩短了维修的工作周期。

（3）变频器驱动下盘的实际工作输出电流在400A左右，完全符合设计要求范围，保证了变频器可靠运行［6］。

5 结语

驱动装置已用于电铲大修，实际效果良好，运行稳定，不仅节省了大量人力，且设计成本低，装置操作简单，安全可靠，易于操作，保障了电铲大修进度及维修质量。