WK-35電鏟下盤分離變頻驅動控制裝置的應用

皮海平

（江西銅業集團公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

目前運行于電鏟的電氣調速系統主要有三種形式: 發電機-電動機組直流調速系統、可控硅直流調壓調速系統和交流變頻調速系統，變頻調速其優越的調速性能和交流電動機的高可靠性注定了它將逐步取代直流調速系統成為當今世界電鏟電氣調速的主要形式，采用變頻調速系統也將是技術發展的必然趨勢。2009年至今德興銅礦先后引進了4臺WK-35變頻電鏟，全部是由太原重工制造的采用變頻調速系統電鏟，斗容量為35m3，成為了德興銅礦露采主要生產設備，2009年引進的電鏟已經進入設備的大修維修期，為了實現上下盤舉升分離后，既能實現下盤左右履帶行走的獨立控制驅動，又能實現下盤中心軸與上盤中心孔的精準對位［1］，必須要有2套變頻驅動裝置，如果用電鏟自身驅動裝置，電鏟上盤必須通入6kV的高壓電，啟動高壓變頻器，操作人員在電鏟的操作室操作，操作人員無法看到下盤的左右履帶與4臺同步舉升的千斤頂的距離。為了實現安全可靠高效，必須設計選用一套合適的低壓變頻驅動裝置［2］。

2 變頻器驅動裝置設計

2.1 維修WK-35電鏟下盤行走計算

（1）下車總重量：360t。

（2）單條履帶在平路行駛時所受阻力Fz：Fz=247.47kN，計算結果包含下車部分平地行走時的擠壓和啟動時慣性阻力。

（3）平路行駛時電機所需驅動轉矩T：T=Fz·db/2·n·i=1083.9Nm，其中db為履帶節距（1.44），i為傳動比（206），n為效率（0.798）。

（4）選用132kW的標準電機，額定轉速為980r/min，額定轉矩為1286Nm，大于1083.9Nm。

當電機過載1.8倍時，最大轉矩為2315Nm，這時需要160kW的變頻器［3］：實際選用變頻器功率為200kW，380V，其最大輸出電流為555A的變頻器。

2.2 變頻器的主電路設計

WK-35電鏟下盤行走機構(含履帶、底架中央樞軸等)總重約360t。維修時選用2臺功率200kW電源等級380VAC裝置對應左右行走機構獨立驅動，連同進線側組件（刀熔開關等）成柜設計，主要功能是完成維修時通過行走機構獨立驅動，實現下部機構的移動和復位，操作方式兼具有本地操作和遙控操作功能，驅動柜上進線下出線，柜內接線如圖1所示。

圖1 柜內接線圖

2.3 變頻器的操作面板設計

本地操作方式：本地操作為柜體面板操作，面板設置如圖2所示，操作旋鈕或按鈕以字母S打頭，第二位字母L表示左側裝置驅動控制，第二位字母R表示右側裝置驅動控制，第二位沒有L或R為左右側統一控制。

圖2 面板設置

柜內設置有急停S2和復位S10按鈕，分別用于在緊急情況下停止設備和故障發生時復位設備。以操作右側驅動為例，面板操作時，先將控制類型旋鈕SR1打到本地，本地控制有效。然后扳動啟動按鈕SR3將設備上電，運行指示燈SR4顯示運行狀態。如果需要恒速運行通過前進、后退旋鈕SR5操作，旋鈕回復到停止狀態后控制速度回零。如果需要電動，則按下JOG前進或者JOG后退操作，按下有效，松開停止［4］。驅動結束后，將啟動旋鈕SR3返回至停止狀態。

遙控操作方式：為方便操作，克服操作視線不佳的情況，本套裝置配有遙控控制器，同樣可以完成任務。操作遙控器輕巧便攜，結實耐用,可視距離100m內有效，面板分為主功能區與輔助功能區，如圖3所示。

圖3 遙控器設置

遙控器也有急停按鈕，按下后設備緊急停車。以遙控器操作右側行走驅動為例，首先將柜門操作方式旋鈕打在遠程位置，遠程控制有效。然后扳動啟動旋鈕SR3將設備上電，運行指示燈SR4顯示運行狀態。按下遙控器啟動按鈕，使能遙控器，長按右前按鈕，設備以恒速向前運行，點動按下右前按鈕，設備以點動方式向前運行［5］。長按右后按鈕，設備以恒速向后運行，點動按下右后按鈕，設備以點動方式向后運行。

3 行走車間試車Trace曲線

3.1 控制方式

采用開環U/f標準控制。

3.2 左行走曲線

采集曲線說明（圖4～圖8）：r63-紅色（曲線1）-電機速度；r72-藍色（曲線2）-輸出電壓；r68-黃色（曲線3）-輸出電流。速度從0遞加至400rpm（50rpm遞增），再從400rpm遞減至0（50rpm遞減），再從0遞增至-400rpm（50rpm遞增），再從-400rpm遞減至0（50rpm遞減）。

圖4 曲線全圖（1）

圖5 速度從0遞增至400rpm

圖6 速度從400rpm遞減至0

圖7 速度從0遞增至-400rpm

圖8 速度從-400rpm遞減至0

3.3 右行走曲線

采集曲線說明（圖9～圖13）：r63-紅色（曲線1）-電機速度；r72-藍色（曲線2）-輸出電壓；r68-黃色（曲線3）-輸出電流。速度從0遞加至400rpm（50rpm遞增），再從400rpm遞減至0（50rpm遞減），再從0遞增至-400rpm（50rpm遞增），再從-400rpm遞減至0（50rpm遞減）。

圖9 曲線全圖（2）

圖10 速度從0遞增至400rpm

圖11 速度從400rpm遞減至0

圖12 速度從0遞增至-400rpm

圖13 速度從-400rpm遞減至0

3.4 空載試車

左右行走電機在正負400rpm內運轉正常。

4 應用效果

（1）操作簡單，運行平穩，可前進、后退、左右轉向。中心軸與中心孔的準確對位。

（2）無需大型吊車，工程機械拖拉設備，節省了維修下盤的輔助設備人員工時費用，縮短了維修的工作周期。

（3）變頻器驅動下盤的實際工作輸出電流在400A左右，完全符合設計要求范圍，保證了變頻器可靠運行［6］。

5 結語

驅動裝置已用于電鏟大修，實際效果良好，運行穩定，不僅節省了大量人力，且設計成本低，裝置操作簡單，安全可靠，易于操作，保障了電鏟大修進度及維修質量。