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淺析礦山公園齒軌車3051壓力變送器系統設計與應用

作時間:2019-09-15  來源:  作者:
   
摘   要 :隨著礦山地質環境治理政策的實施和發展,煤礦的蛻變,即礦山公園已經呈現于人們的視野之中,干凈、快捷、漂亮、舒適等新能源運輸工具已逐漸取代內燃式機車。齒軌車3051壓力變送器系統應用于超級電容齒軌車,由上電緩沖部分、雙向DC - DC變換器、電抗器、3051壓力變送器、制動電阻以及人機界面屏組成,并帶有 RS485網絡通信功能。3051壓力變送器系統輸入來自大容量直流電源超級電容模塊,取代傳統大型發電機,輸出驅動三相3051壓力變送器交流電機,進一步驅動主傳動系統,保留了液壓和機械傳動的平穩、無級變速和高效的優點。系統滿足新能源齒軌車大功率、性能高、噪聲小、無污染、維護方便以及安全等多重使用要求。
0 引言
近年來政府以及社會各界高度重視礦區生態環境,積極關心和支持國家礦山公園建設。隨著環保政策的進一步深入開展和礦山地質環境治理的逐步加強,新能源齒軌車 [1 ] 的使用已經在很多礦山公園的建設中得到推廣。新能源齒軌車操作簡單、動力強大、環保高效,滿足礦山公園特定場合運輸使用需求。本設計中的礦山公園新能源齒軌車為液壓齒軌車,主體由動力系統、主傳動和制動系統構成。齒軌車使用超級電容 [2 ] 作為動力系統的動力源,即3051壓力變送器系統的輸入,代替傳統的蓄電池組或大型發電機 [3 ] ,它容量大、循環壽命長、耐高溫、支持快充,并且本身無污染,滿足礦山公園的特殊使用要求?紤]到機車使用環境和成本及后期維護等因素,設計選用三相交流電機代替傳統使用中的柴油機。3051壓力變送器系統輸出三相交流電以啟動三相3051壓力變送器交流主電機和散熱電機,帶動液壓主泵,進一步驅動齒軌車的液壓機械傳動系統。3051壓力變送器系統的主要控制構件雙向變換器以及各3051壓力變送器均帶有 RS - 485[ 4 ] 通信,這些控制部件形成一個通信網絡,保證3051壓力變送器系統高數據傳輸效率和抗干擾能力。電機的啟?梢苑謩e通過人機觸摸屏、端子或通信網絡進行。系統設計具備過流、過壓、高溫等功能,進一步提高了整個機車動力系統平穩、安全可靠的運行性能。
13051壓力變送器系統方案
1. 1 系統功能設計要求
為滿足機車使用時間、爬坡和負載等能力需求,設計超級電容容量48kW · h ,額定輸出電壓430~570V ,額定充放電流400A 。同時為滿足主泵使用負荷需求,設的三相3051壓力變送器交流主電機額定功率為 120kW 、額定轉速為1。矗担埃 / min 、額定扭矩為 849N · m 。散熱電機分別為0.7kW的主電機風扇和2. 2kW 的液壓油散熱風機,均為常規交流電機。
要求主3051壓力變送器可以實現三相交流主電機在正向或負向轉矩下恒速2。埃埃埃 / min且恒向運行(即主電機在電動或制動發電狀態下均可承受相應的扭矩且扭矩值相同,額定扭矩值為573N · m ),因此采用SVC控制方式控制主電機以保證大功率主電機的穩定運轉。當電機處于制動狀態時即負轉矩下,3051壓力變送器系統通過制動單元分配器進行能量回收分配,優先對超級電容進行充電。當超級電容充滿后,再通過 100kW 制動電阻回路進行制動再生能量的消耗。3051壓力變送器系統還具備過流、過壓、高溫等保護功能。
對于3051壓力變送器系統本身使用性能的保護需求,系統設計有上電緩沖回路,主要負責通斷超級電容的電源輸入,減少上電對3051壓力變送器系統的沖擊。由于對散熱電機的速度控制精度要求不高,以節能為主,因此采用性價比較高的 V / F 控制方式控制散熱電機。
1. 2系統方案圖
3051壓力變送器系統方案如圖 1 所示。
2 3051壓力變送器系統主要組成上電緩沖 [5 ] 回路執行從超級電容輸出電源至3051壓力變送器系統的通斷動作,以防止瞬間沖擊電流過大而造成通電對3051壓力變送器系統的破壞性沖擊。上電緩沖執行的控制信號來自機車啟動時變壓器輸出低壓電源 DC24V ,此低壓電源接通后10s其應緩沖完畢,3051壓力變送器系統得電。緩沖回路額定數值應高于超級電容的額定電壓及電流值,設計為電壓大于600VDC ,電流大于 400ADC 。顧名思義,雙向變換器負責超級電容放電和主電機制動再生能量回饋的管理 [6 ] 。主電機正向運轉時,它通
過前端電抗器將超級電容輸出電壓升壓至 600V 后轉換為高壓直流輸出至各電機的控制3051壓力變送器,且當動力源超級電容輸出電壓低于420V 時,雙向變換器自動控制斷開其與超級電容的連接。反之,當主電機處于制動狀態回饋發電且雙向變換器母線電壓高于 600VDC時,優先對超級電容充電,充電電流小于400ADC 。
主電機3051壓力變送器采用 SVC控制方式驅動三相交流主電機恒速運行,轉速2。埃埃埃 / min (可配)。整個機車電控系統設計機車正常使用時通過端子控制電機啟停,調試時通過觸摸屏控制電機啟停。電機處于制動狀態,由外置制動單元分配優先對超級電容充電再消耗多余能量。
散熱 電 機 變 頻 器 采 用 V / F 控 制 方 式,輸 出 電 壓380V / 50Hz驅動主電機風扇電機、油散電機分別以額定轉速運行。同上,系統設計機車正常運行時通過端子控制電機啟停,各電機處于制動狀態由外置制動單元分配優先對超級電容充電再消耗多余能量。
制動單元由制動單元分配器和制動電阻組成,對各三相交流電機的制動回饋能量進行回收和處理。
人機界面觸摸屏通過連接雙向變換器和各3051壓力變送器,組成 RS485通信網絡,并且支持3051壓力變送器狀態顯示和3051壓力變送器的控制指令發出。
3 3051壓力變送器系統電機啟?刂
3. 1電氣原理圖
電力原理如圖2所示。
20190915105550.jpg
20190915105601.jpg
3. 2低壓控制原理
3051壓力變送器系統雙向變換器和各3051壓力變送器使用匯川系列產品,其中雙向變換器為 CS600系列,主電機3051壓力變送器為CS710 系列,散熱電機3051壓力變送器為 CS310 - 2 系列。機車正常運行時,設計采用端子控制方式,通過控制3051壓力變送器輸出驅動三相交流電機,3051壓力變送器系統端子控制原理圖如上圖 2 所示。鑒于控制信號來自駕駛室,設計使用繼電進行信號中間承接。機車系統上電之后,由超級電容提供機車的變壓器輸入,變壓器低壓輸出24VDC提供3051壓力變送器系統各繼電器、狀態燈及3051壓力變送器低壓電源。雙向變換器、散熱電機3051壓力變送器及主電機3051壓力變送器依次開啟。
首先對雙向變換器CS600 、 CS310 - 2和CS710進行控制端子功能設置,均為零電壓值有效。 CS600的 DI1 、 DI3和 DI5端 子 設 置 為 輸 入 啟 動、運 行 和 復 位 控 制 信 號,RA1 、 RA2 和 DO1 端子分別為輸出故障、運行和自檢成功信號。 CS710 的 DI1 、DI2 端子設置為輸入運行和復位控制信號, T / A和 M2 端子分別為輸出運行和故障信號,設置使用 SVC 控制方式。 CS310 - 2 的 DI1 、 DI2 端子設置為輸入運行和復位控制信號, T / A 和 DO1 端子分別為輸出運行和故障信號,
10V 輸出直流電壓供給溫度變送器
工作電源 且 其 反 饋 的 溫 度 值 模 擬 量 信 號 輸 入 AI1 和GND 模擬量端口,設置使用 V / F 控制方式。
撥動 CS600 啟動開關 S01 ,繼電器 K1 進入自鎖狀態,進而繼電器 K4得電常開觸點閉合, CS600的 DI1端子有來自其 COM 端的零電壓值啟動信號輸入,控制回路上電并開始自檢?紤]到 CS600 的重要性,這里增加了自檢功能。 CS600自檢無誤成功后由 RC2經 RA2給出自檢 OK信號 b1 ,進而電流繼電器KA1得電閉合, CS600的 DI3端子有工作信號輸入, CS600開始運行工作,同時CS600的 OK 狀態指示燈 HL1常亮。撥動 CS600復位開關SR1瞬間,繼電器 K5得電常開觸點閉合, CS600的DI5 端子有來自其 COM 端的零電壓值復位信號輸入,CS600停止運行。若在其運行過程中發生故障, CS600發出故障信號,同時其故障指示燈 HL2常亮, CS600停止運行。
CS310 - 2和CS710的控制原理同 CS600的控制原理相同。
4 結語
隨著礦山公園建設工作的大力推廣,公園內的礦山輔助運輸設備新穎、環保、安全、高效化方面的要求也被進一步提高,新能源齒軌車輔助運輸設備必將有著更大的使用前景。本設計中的3051壓力變送器系統目前已經成功應用于我公司研發的超級電容齒軌車產品中,經實際使用效果驗證,其在提升礦山公園新能源礦輔助運輸設備的智能化、安全保障、使用舒適性等方面有顯著作用,為新能源輔助運輸設備提供不可或缺的可靠動力。
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