變頻控制系統(tǒng)在10t橋式抓斗起重機(jī)上的應(yīng)用

1、隨著電力電子技術(shù)與控制技術(shù)的進(jìn)步，變頻調(diào)速技術(shù)有了重大發(fā)展，出于節(jié)能與改善性能的需要，國內(nèi)應(yīng)用變頻技術(shù)的領(lǐng)域由點(diǎn)到面逐步推廣開來。變頻調(diào)速在電力傳動(dòng)中的技術(shù)地位是由以下自身特點(diǎn)所決定的：它是國際上技術(shù)更新?lián)Q代最快的領(lǐng)域。節(jié)約能源效果顯著。應(yīng)用面廣，是工業(yè)企業(yè)和日常生活中普遍需要的新技術(shù)。是新科技領(lǐng)域的信息化技術(shù)。正因?yàn)槿绱耍覈谥腥A人民共和國節(jié)約能源法中已將變頻調(diào)速列入通用節(jié)能技術(shù)加以推廣。在國家經(jīng)貿(mào)委“九五”資源節(jié)能綜合利用工作綱要中，其又被列入重點(diǎn)組織實(shí)施的十項(xiàng)資源節(jié)能綜合利用技術(shù)改造示范工程之一。國家還對(duì)若干行業(yè)（工程）的調(diào)速系統(tǒng)做了限制性規(guī)定，以推動(dòng)變頻調(diào)速系統(tǒng)的普及應(yīng)用。起重機(jī)行業(yè)

2、推廣使用變頻調(diào)速經(jīng)過了一個(gè)從重點(diǎn)項(xiàng)目到普通項(xiàng)目推廣的過程，在重點(diǎn)項(xiàng)目帶動(dòng)下，水利電力、冶金、化工等行業(yè)均出現(xiàn)了競相使用的過程，使用范圍越來越寬。電廠煤場用的抓斗起重機(jī)一直是起重機(jī)中電氣投資成本較低的起重機(jī)，更由于環(huán)境差，操作者水平偏低，因此，燒電機(jī)、斷鋼絲繩、電氣元件損壞、機(jī)械磨損大，易損壞等故障時(shí)有發(fā)生，因此維護(hù)工作量大。為了更好地解決上述問題，我們在中國石油化工總公司鎮(zhèn)海煉化公司化肥廠的10t（31. 5m）橋抓中采用了全變頻方案?，F(xiàn)將設(shè)計(jì)、使用中的體會(huì)做一介紹。1調(diào)速范圍起重機(jī)械不是精密調(diào)速機(jī)械，調(diào)速的精度選擇不應(yīng)要求很高，就是用在火電廠安裝或水電站吊裝轉(zhuǎn)子用的起重機(jī)，10倍調(diào)速范圍已足

3、以能滿足要求了。對(duì)于煤場抓斗起重機(jī)而言，主要不在于調(diào)速范圍，而應(yīng)著眼于抓斗開閉、起升、下降過程速度的平穩(wěn)性。而大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)變頻調(diào)速的應(yīng)用，更可使整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，減少機(jī)械沖擊，3倍的調(diào)速范圍足夠了。2四象限運(yùn)行在起升機(jī)構(gòu)勻速下降、減速急停、起升、起升減速等工作運(yùn)行中，重物有時(shí)是負(fù)載有時(shí)是動(dòng)力。速度有正有負(fù)，力矩也有正有負(fù)，所以在整定運(yùn)行周期內(nèi)系統(tǒng)應(yīng)能四象限運(yùn)行，且運(yùn)行象限的轉(zhuǎn)換應(yīng)自動(dòng)快速。對(duì)于運(yùn)行機(jī)構(gòu)也要求在快速運(yùn)行中快速停車，也有一個(gè)動(dòng)能釋放的要求，這就是讓它也有象限轉(zhuǎn)換的要求，這也是起重機(jī)用變頻調(diào)速性能的一個(gè)重要要求。般變頻器可以通過軟件來選擇其控制方式。機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Tm出現(xiàn)時(shí)的臨界轉(zhuǎn)差率

4、小得多。因通常有4種：V/F開環(huán)控制方式，V/F閉環(huán)控制方式，開環(huán)矢量控制方式和閉環(huán)矢量控制方式。對(duì)于起升機(jī)構(gòu)、開閉機(jī)構(gòu)，由于其慣量較小，負(fù)載變化較大，屬于位能性負(fù)載。為了獲得快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的快速調(diào)節(jié)，獲得理想的動(dòng)態(tài)性能，通常采用矢量控制方式。而在調(diào)速范圍比較大的使用場合，則采用閉環(huán)矢量控制方式，可以獲得穩(wěn)定的工作狀態(tài)和良好的機(jī)械特性。3起動(dòng)力矩變頻調(diào)速運(yùn)行時(shí)，外特性是隨著頻率變化而上下平移的，頻率變化可以很精確。與常規(guī)的串電阻方式相比，在起動(dòng)力矩上有差距。我們知道，常規(guī)的串電阻起動(dòng)方式回路中電流限制裕度大，當(dāng)轉(zhuǎn)子回路串電阻時(shí)，機(jī)械特性的軟化起了起動(dòng)力矩選擇的作用，通常這個(gè)值在1.

5、82.5之間，起動(dòng)力矩最大達(dá)到Mk力矩足夠大了。但有變頻調(diào)速裝置的系統(tǒng)就不能達(dá)到這個(gè)值。對(duì)于交流異步電動(dòng)機(jī)做電流限幅運(yùn)行時(shí)（變頻器內(nèi)部電流限制值），相當(dāng)于電流源供電，此時(shí)有所示的等效電路。異步電動(dòng)機(jī)在恒流源供電時(shí)的等效電路根據(jù)戴維南定理可以很方便地求出轉(zhuǎn)子電流為= liXm此，電機(jī)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差特性呈陡峭的尖鋒狀，在額定電壓與額定頻率電壓源供電時(shí)，從空載到滿載，電機(jī)都接近工作在額定磁通與額定勵(lì)磁電流下。但由電流源供電時(shí)，起動(dòng)時(shí)勵(lì)磁磁通（或電流）卻遠(yuǎn)小于在額定電壓下的數(shù)值，因此恒流源供電時(shí)，電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩很小。隨著轉(zhuǎn)速升高，磁通也增加，轉(zhuǎn)矩增大。對(duì)于變頻調(diào)速系統(tǒng)在低頻時(shí)受V/F概念的限制，起動(dòng)力矩比

6、較圖中1為電動(dòng)機(jī)外特性；2為轉(zhuǎn)子串電阻后使起動(dòng)力矩為最大；3為當(dāng)轉(zhuǎn)子串適當(dāng)電阻時(shí)起動(dòng)力矩（ob）值，若負(fù)載為1.OMvfoa）則起動(dòng)功率以三角形abc面積表示；4為變頻調(diào)速低頻時(shí)假定U =Un時(shí)的電動(dòng)機(jī)特性曲線（這是理想值），實(shí)際上由于U Un，特性變成5而在有電流限制的實(shí)際系統(tǒng)中起動(dòng)力矩為od.起動(dòng)功率為adf四邊形面積表示的功率值明顯小了。從上面的分析可見，對(duì)于變頻調(diào)速最低工作頻率應(yīng)設(shè)置略高以便于起動(dòng)，這也說明調(diào)速范圍不宜太大。國際上幾家著名的變頻器生產(chǎn)商均考慮帶低此時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為M 2f.臨界轉(zhuǎn)矩為產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的臨界轉(zhuǎn)差率為R2 R因?yàn)橐话惝惒诫妱?dòng)機(jī)中XmX2，所以與電壓速轉(zhuǎn)矩提升功能變頻器的開發(fā)。如：ABB公司的ACS600系列，德國的西門子公司的SIMOVERT -6ES70系列，安川的VS616G5系列等。我們采用的ABB系列變頻器的直接力矩控制方式（DTC）就是基于這樣的考慮。為了提高起動(dòng)力矩，不要讓變頻調(diào)速限制電動(dòng)機(jī)起動(dòng)力矩的發(fā)揮，變頻器應(yīng)適當(dāng)放大。我們在該橋式抓斗起重機(jī)的設(shè)計(jì)中充分考慮了這一問題。4能量轉(zhuǎn)換的另一種形式源供