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作者簡(jiǎn)介：段蘇振（1974-），男，陜西鳳翔人，深圳市英威騰電氣股份有限公司高級(jí)電氣工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化技術(shù)、PLC和交流變頻調(diào)速技術(shù)在起重機(jī)械中的應(yīng)用。
摘 要：本文分析了起重機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，詳細(xì)闡述了英威騰CHV190起重機(jī)專用變頻器用于起重機(jī)調(diào)速時(shí)的選型原則和周邊設(shè)備的容量計(jì)算方法，并介紹了CHV190變頻器在門式起重機(jī)中的應(yīng)用案例。
關(guān)鍵詞：英威騰CHV190起重機(jī)專用變頻器；門式起重機(jī)；電氣制動(dòng)
Abstract：This paper analyses the operation characteristic of crane，and discusses the selection principle and the calculation formulas of capacity for periphery equipments when INVT CHV190 series frequency inverter is used in crane speed conversion.We then introduce the application examples of CHV190 series frquency inverter in the frame crane.
Key words：INVT CHV190 Inverter Applied to Crane；Frame crane；Electric brake
1 前言
隨著工業(yè)生產(chǎn)對(duì)起重機(jī)調(diào)速性能要求的不斷提高，常用傳統(tǒng)的起重機(jī)調(diào)速方法如：繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、晶閘管定子調(diào)壓調(diào)速和串級(jí)調(diào)速等共同的缺點(diǎn)是繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)有集電環(huán)和電刷，它們要求定期維護(hù)，由集電環(huán)和電刷引起的故障較為常見，再加上大量繼電器、接觸器的使用，致使現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)量較大，調(diào)速系統(tǒng)的故障率較高，而且調(diào)速系統(tǒng)的綜合技術(shù)指標(biāo)較差，已不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的特殊要求。
交流變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)界的廣泛應(yīng)用，為交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的起重機(jī)大范圍、高質(zhì)量地調(diào)速提供了全新的方案。它具有高性能的調(diào)速指標(biāo)，可以使用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、維護(hù)方便的鼠籠異步電動(dòng)機(jī)，并且高效、節(jié)能，其外圍控制線路簡(jiǎn)單，維護(hù)工作量小，保護(hù)監(jiān)測(cè)功能完善，運(yùn)行可靠性較傳統(tǒng)的交流調(diào)速系統(tǒng)有較大的提高。所以，采用交流變頻調(diào)速是起重機(jī)交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展的主流。
交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于起重機(jī)后，與市場(chǎng)上大量使用的傳統(tǒng)的繞線異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)相比，可帶來(lái)以下顯著經(jīng)濟(jì)效益和安全可靠性：
（1）采用交流變頻調(diào)速技術(shù)的起重機(jī)由于變頻器驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性硬，具有精確定位的優(yōu)點(diǎn)，不會(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)起重機(jī)負(fù)載變化時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也隨之變化的現(xiàn)象，可以提高裝卸作業(yè)的生產(chǎn)率。
（2）變頻起重機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，起、制動(dòng)平緩，運(yùn)行中加、減速時(shí)整機(jī)振動(dòng)和沖擊明顯減小，安全性提高，并且延長(zhǎng)了起重機(jī)機(jī)械部分的壽命。
（3）機(jī)械制動(dòng)器在電動(dòng)機(jī)低速時(shí)動(dòng)作，主鉤以及大、小車的制動(dòng)由電氣制動(dòng)完成，所以機(jī)械制動(dòng)器的制動(dòng)片壽命大為延長(zhǎng)，維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用下降。
（4）采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高的鼠籠異步電動(dòng)機(jī)取代繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，避免了因集電環(huán)、電刷磨損或腐蝕引起接觸不良而造成電動(dòng)機(jī)損壞或不能起動(dòng)的故障。
（5）交流接觸器大量減少，電動(dòng)機(jī)主回路實(shí)現(xiàn)了無(wú)觸點(diǎn)化控制，避免了因接觸器觸頭頻繁動(dòng)作而燒損以及由于接觸器觸頭燒損而引起的電動(dòng)機(jī)損壞故障。
（6）交流變頻調(diào)速系統(tǒng)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，靈活調(diào)整各檔速度和加、減速時(shí)間，使得變頻起重機(jī)操作靈活、現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性好。
（7）交流變頻調(diào)速系統(tǒng)屬高效率調(diào)速系統(tǒng)，運(yùn)行效率高，發(fā)熱損耗小，因此比老式調(diào)速系統(tǒng)大量節(jié)電。
（8）變頻器具有完善的保護(hù)、監(jiān)測(cè)及自診斷功能，如再結(jié)合PLC控制，可大幅度提高變頻起重機(jī)電控系統(tǒng)的可靠性。
2 起重機(jī)運(yùn)行的特點(diǎn)
（1）起重機(jī)應(yīng)具有大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，通常超過150%的額定轉(zhuǎn)矩，若考慮超載實(shí)驗(yàn)等因素，至少應(yīng)在起動(dòng)加速過程中提供200%的額定轉(zhuǎn)矩。
（2）由于機(jī)械制動(dòng)器的存在，為使變頻器輸出轉(zhuǎn)矩與機(jī)械制動(dòng)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩平滑切換，不產(chǎn)生溜鉤現(xiàn)象，必須充分研討變頻器啟動(dòng)信號(hào)與機(jī)械制動(dòng)器動(dòng)作信號(hào)的控制時(shí)序。
（3）當(dāng)起升機(jī)構(gòu)向下運(yùn)行或平移機(jī)構(gòu)急減速時(shí)，電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電狀態(tài)，其能量要向電源側(cè)回饋，必須根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)情況研討如何處理這部分再生能量。
（4）起升機(jī)構(gòu)在抓吊重物離開或接觸地面瞬間負(fù)載變化劇烈，變頻器應(yīng)能對(duì)這種沖擊性負(fù)載進(jìn)行平滑控制。
3 英威騰CHV190起重機(jī)專用變頻器簡(jiǎn)介
3.1 主要功能及特點(diǎn)
CHV190起重機(jī)專用變頻器是英威騰公司針對(duì)起重行業(yè)專業(yè)設(shè)計(jì)的一款高性能矢量變頻器，用于各類起重機(jī)的起升、俯仰、變幅、大車、小車、回轉(zhuǎn)、抓斗等機(jī)構(gòu)的交流無(wú)級(jí)調(diào)速。主要的功能及特點(diǎn)如下：
（1）抱閘邏輯控制與監(jiān)控
準(zhǔn)確的抱閘開啟和閉合控制時(shí)序，通過抱閘實(shí)時(shí)狀態(tài)反饋和起動(dòng)預(yù)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，確保控制的安全性和可靠性。
（2）輕負(fù)載升速（電子副鉤）
起重機(jī)空鉤或輕載時(shí)實(shí)現(xiàn)2倍速運(yùn)行，提高裝卸效率。輕負(fù)載升速功能主要應(yīng)用于起升高度較大的起重機(jī)：在起升機(jī)構(gòu)空載運(yùn)行時(shí)自動(dòng)使速度上升，以縮短時(shí)間來(lái)提高裝卸效率；重載時(shí)自動(dòng)降低速度以確保設(shè)備和人身的安全。變頻器根據(jù)啟動(dòng)后一段時(shí)間內(nèi)的平均電流值來(lái)判斷負(fù)荷的大小：當(dāng)負(fù)載重時(shí)，變頻器自動(dòng)降低輸出頻率；當(dāng)負(fù)載輕時(shí)，變頻器自動(dòng)提高輸出頻率。
（3）控制回路電源和主回路電源可以分別控制
提高了用戶調(diào)試時(shí)的安全性，便于故障診斷與維護(hù)。
（4）主從控制功率平衡與速度同步技術(shù)
在兩個(gè)大功率電機(jī)通過減速箱剛性連接驅(qū)動(dòng)一個(gè)起升機(jī)構(gòu)時(shí)，主從控制功率平衡功能保證兩個(gè)電機(jī)出力均勻；在雙起升機(jī)構(gòu)提升一個(gè)重物時(shí)，主從控制速度同步功能保證兩個(gè)起升機(jī)構(gòu)同步提升，確保安全。
（5）第二電機(jī)控制及切換功能
一臺(tái)變頻器通過參數(shù)自學(xué)習(xí)可以自動(dòng)存儲(chǔ)兩套電機(jī)參數(shù)，通過切換指令實(shí)現(xiàn)對(duì)兩組電機(jī)的高性能矢量控制；便于電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的控制，降低用戶成本。
（6）同時(shí)支持PROFIBUS-DP和MODBUS兩種通訊協(xié)議
支持PROFIBUS-DP和MODBUS兩種通訊協(xié)議，能實(shí)現(xiàn)多個(gè)變頻器和PLC之間的通訊連接。
（7）危險(xiǎn)速度監(jiān)視、快速停車及超速保護(hù)
變頻器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)的運(yùn)行速度，當(dāng)電機(jī)速度大于設(shè)定的最高允許速度或速度偏差值時(shí)，變頻器發(fā)出故障報(bào)警并立即停止輸出，機(jī)械制動(dòng)器動(dòng)作，使起重機(jī)處于安全狀態(tài)。
快速停車功能給用戶提供以下三種方式供選擇：
方式1：電氣制動(dòng)的停車；方式2：電氣制動(dòng)加機(jī)械制動(dòng)的停車；方式3：機(jī)械制動(dòng)的停車。
（8）預(yù)勵(lì)磁及起動(dòng)預(yù)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償
預(yù)勵(lì)磁功能是在啟動(dòng)之前自動(dòng)地對(duì)電機(jī)實(shí)行直流勵(lì)磁，以保證電動(dòng)機(jī)快速地提供起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁的時(shí)間使電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)器的釋放時(shí)間相配合，避免出現(xiàn)“溜鉤”現(xiàn)象。
（9）松繩檢測(cè)
防止在起重機(jī)繩索松弛的情況下，輕負(fù)載升速功能誤動(dòng)作引發(fā)的不安全運(yùn)行。
（10）起重機(jī)操作模式——方便、靈活
根據(jù)起重機(jī)不同的操作模式，為用戶提供以下操作模式選擇：操縱桿模式、遙控模式、電動(dòng)電位器模式、分級(jí)操縱桿給定模式、分級(jí)遙控給定模式、通訊給定模式等。
3.2 應(yīng)用范圍
CHV190起重機(jī)專用矢量變頻器，具有優(yōu)異的力矩控制性能，廣泛適用于岸邊集裝箱起重機(jī)（STS）、軌道式集裝箱龍門起重機(jī)（RMG）、輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)（RTG）、門座式起重機(jī)、造船用龍門起重機(jī)、裝船機(jī)、卸船機(jī)、翻車機(jī)、堆取料機(jī)等各類港口機(jī)械，以及各類普通橋式、門式、塔式起重機(jī)和提梁機(jī)、架橋機(jī)等起重機(jī)械的起升、變幅、大車、小車、回轉(zhuǎn)、抓斗等機(jī)構(gòu)的交流無(wú)級(jí)調(diào)速。
4 變頻器的選用
下面就起重機(jī)的起升、平移機(jī)構(gòu)的變頻器選用原則做一詳細(xì)說(shuō)明。
4.1 起升機(jī)構(gòu)
變頻器的容量必須大于負(fù)載所需求的輸出，即：
k PM
P0[KVA] ≥ ————
ηcosφ
式中，k——過載系數(shù)1.33；PM——負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)軸輸出功率，kW；η——電動(dòng)機(jī)效率；cosφ——電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。
起升機(jī)構(gòu)要求的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為1.3～1.6倍的額定轉(zhuǎn)矩，考慮到需有125%的超載要求，其最大轉(zhuǎn)矩需有1.6～2倍的額定轉(zhuǎn)矩，以確保其安全使用。對(duì)于拖動(dòng)等額功率電動(dòng)機(jī)的變頻器來(lái)說(shuō)，可提供長(zhǎng)達(dá)60秒、150%額定轉(zhuǎn)矩的過載能力，因此過載系數(shù)k=2/1.5=1.33。
在變頻器容量選定后，還應(yīng)做電流驗(yàn)證，即：
ICN≥kIM
式中，k——電流波形修正系數(shù)（PWM調(diào)制方式時(shí)取1.05～1.1）；ICN——變頻器額定輸出電流，A；IM——工頻電源時(shí)的電動(dòng)機(jī)額定電流，A。
一般的大噸位起重機(jī)有兩個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)，每個(gè)起升機(jī)構(gòu)由2臺(tái)電動(dòng)機(jī)同步驅(qū)動(dòng)各自的鋼絲繩卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)過動(dòng)滑輪組多級(jí)減速提升吊鉤。起升機(jī)構(gòu)的變頻調(diào)速傳動(dòng)方案采用一臺(tái)變頻器帶一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的“一拖一”方案，為了提高低速傳動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性和高轉(zhuǎn)矩輸出能力，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)采用帶脈沖編碼器的速度閉環(huán)控制。每個(gè)起升機(jī)構(gòu)的2臺(tái)變頻器之間采用CHV190變頻器提供的具有功率平衡和速度同步控制功能的主從控制方案，這些控制方案可以實(shí)現(xiàn)2臺(tái)電動(dòng)機(jī)精確的轉(zhuǎn)矩平衡分配和2個(gè)起升機(jī)構(gòu)的速度同步。
4.2 平移機(jī)構(gòu)
起重機(jī)的平移機(jī)構(gòu)分大車機(jī)構(gòu)和小車機(jī)構(gòu)，兩種機(jī)構(gòu)一般采用多臺(tái)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)方案。由于起重機(jī)平移機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，為了加速電動(dòng)機(jī)需有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此起重機(jī)平移機(jī)構(gòu)所需的電動(dòng)機(jī)軸輸出功率PM應(yīng)由負(fù)載功率Pj和加速功率Pa組成，即：
PM≥Pj+Pa
由于平移機(jī)構(gòu)采用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的通用U/f開環(huán)頻率控制方式，因此在變頻器容量選擇時(shí)，還要滿足以下公式：
ICN≥knIM
式中，k——電流波形修正系數(shù)（PWM調(diào)制方式時(shí)取1.05～1.1）；ICN——變頻器額定輸出電流，A；IM——工頻電源時(shí)單臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定電流，A；n——一臺(tái)變頻器拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)數(shù)量。
由于在變頻器“一拖多”通用U/f開環(huán)頻率控制方式中，變頻器提供的電子熱繼電器保護(hù)功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)單臺(tái)電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)，為此在每臺(tái)電動(dòng)機(jī)回路中串入帶有熱過載保護(hù)功能的低壓斷路器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)單臺(tái)電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)，電動(dòng)機(jī)故障信號(hào)取自低壓斷路器的輔助觸點(diǎn)。
5 再生能量的處理
當(dāng)采用變頻器傳動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)拖動(dòng)位能性負(fù)載下放或平移機(jī)構(gòu)急減速、順風(fēng)運(yùn)行時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電狀態(tài)。逆變器中的六個(gè)回饋二極管將傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能回饋到中間直流回路，并引起儲(chǔ)能電容兩端電壓升高。若不采取必要的措施，當(dāng)直流回路電容電壓升到保護(hù)極限值后變頻器將過電壓跳閘。
在高性能的工程型變頻器中，對(duì)連續(xù)再生能量的處理有以下兩種方案。①在中間直流回路設(shè)置電阻器，讓連續(xù)再生能量通過電阻器以發(fā)熱的形式消耗掉，這種方式稱為動(dòng)力制動(dòng)；②采用再生整流器方式，將連續(xù)再生能量送回電網(wǎng)，這種方式稱為回饋制動(dòng)。英威騰推出的DBU型能耗制動(dòng)單元和RBU型能量回饋單元的具體參數(shù)可參見說(shuō)明書。
下面對(duì)這兩種制動(dòng)方式做一詳細(xì)介紹。
（1）動(dòng)力制動(dòng)
動(dòng)力制動(dòng)由制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻構(gòu)成。變頻器設(shè)置了制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻后，其動(dòng)力制動(dòng)能力取決于制動(dòng)電阻的允許功率。因此，計(jì)算再生功率PM時(shí)，必須滿足PM<PR（PR為制動(dòng)電阻的允許功率）。如果再生功率超過制動(dòng)電阻的允許功率時(shí)，要重新考慮減速時(shí)間及負(fù)載慣量等。下面詳細(xì)敘述設(shè)置制動(dòng)電阻后，如何計(jì)算制動(dòng)電阻的再生功率PM和電阻值RB。
①計(jì)算再生能量EM
②計(jì)算再生功率PM
PM=EM/to
式中，PM——制動(dòng)期間電機(jī)產(chǎn)生的有效再生功率，W；EM——機(jī)構(gòu)急減速及下降時(shí)的再生能量，J；to——制動(dòng)周期時(shí)間，s。
③選擇合適的制動(dòng)單元/制動(dòng)電阻組合
選擇合適的制動(dòng)單元/制動(dòng)電阻組合，必須滿足下列條件：
PM<PR＆PM<PDB
式中，PM——制動(dòng)期間電機(jī)產(chǎn)生的有效再生功率，W；PR——制動(dòng)電阻的允許功率，W；PDB——制動(dòng)單元的允許功率，W。
當(dāng)計(jì)算的PM>PR時(shí)，表明超出了制動(dòng)電阻的處理能力，需重新核算負(fù)載慣量和減速時(shí)間。
④制動(dòng)電阻RB0的計(jì)算
在再生回饋制動(dòng)中，即使不設(shè)置制動(dòng)電阻，依靠電機(jī)內(nèi)部損耗也可獲得約20%的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此可用下式計(jì)算所需的電阻值RB0：
VC
RB0 = ——————————
1.027（TB-0.2TM）n1
式中，VC——變頻器中間直流回路的電壓（約為700V），V；TB——制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，kg·m；TM——電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，kg·m；n1——電動(dòng)機(jī)開始減速時(shí)的速度，rpm。
動(dòng)力制動(dòng)的放電回路由制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻構(gòu)成，其最大電流受制動(dòng)晶體管最大允許電流IC的限制，制動(dòng)電阻最小允許值RMIN=VC/IC。因此制動(dòng)電阻選用時(shí)其實(shí)際值RB應(yīng)滿足以下條件：
RMIN<RB<RB0
上述選型是建立在精確的計(jì)算基礎(chǔ)上，在實(shí)際工程中如果精確的計(jì)算數(shù)據(jù)不能取得，也可按下述給出的經(jīng)驗(yàn)公式選型。
①起升機(jī)構(gòu)的再生功率PM
PM=Pb×ηtotal
ηtotal=ηmec×ηmot×0.98
上式中，Pb為實(shí)際的負(fù)載再生發(fā)電功率，ηmec為機(jī)械效率，ηmot為電機(jī)效率。
②制動(dòng)電阻RB0的近似計(jì)算
VC
RB0 = ——
PM
由于平移機(jī)構(gòu)屬于摩擦負(fù)載，其制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻可按變頻器的標(biāo)準(zhǔn)配置。
（2）回饋制動(dòng)
為了實(shí)現(xiàn)把制動(dòng)狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)再生發(fā)電能量向電網(wǎng)回饋，網(wǎng)側(cè)變流器應(yīng)采用可逆變流器。英威騰推出的能量回饋制動(dòng)單元，它的網(wǎng)側(cè)變流器與逆變器結(jié)構(gòu)相同，采用一塊具有PWM控制方式的電網(wǎng)電壓識(shí)別板。由于采用了PWM控制技術(shù)，對(duì)網(wǎng)側(cè)交流電壓的大小和相位可以進(jìn)行控制，可以使交流輸入電流與電網(wǎng)電壓同相位并接近正弦波，傳動(dòng)系統(tǒng)的功率因數(shù)大于0.9，回饋制動(dòng)時(shí)有100%電網(wǎng)回饋能力，而不需要自耦變壓器。
動(dòng)力制動(dòng)方式控制簡(jiǎn)單、成本低，但節(jié)能效果不如回饋制動(dòng)。回饋制動(dòng)方式雖然節(jié)能效果好，能連續(xù)長(zhǎng)時(shí)制動(dòng)，但控制復(fù)雜、成本較高。應(yīng)該注意的是，只有在不易發(fā)生故障的穩(wěn)定電網(wǎng)電壓下，才可以采用回饋制動(dòng)方式。對(duì)于采用滑觸線供電的起重機(jī)，應(yīng)特別注意防止滑觸線電刷接觸的間斷，如果不能保證這一點(diǎn)，建議采用動(dòng)力制動(dòng)方式，以保證起升機(jī)構(gòu)持續(xù)下降時(shí)調(diào)速制動(dòng)的可靠性。
6 CHV190起重機(jī)專用變頻器在門式起重機(jī)中的應(yīng)用介紹
門式起重機(jī)是起重行業(yè)當(dāng)中的一種典型設(shè)備，廣泛應(yīng)用于室外倉(cāng)庫(kù)、碼頭、集裝箱堆場(chǎng)和露天貯料場(chǎng)等處，其主要機(jī)械機(jī)構(gòu)有提升、大車、小車，三種機(jī)構(gòu)均可采用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。其中提升機(jī)構(gòu)對(duì)變頻器的要求最高，上、下行不能產(chǎn)生“溜鉤”現(xiàn)象，性能上零速時(shí)需要輸出至少150%以上的額定轉(zhuǎn)矩；功能上需有可靠的抱閘時(shí)序控制，選用英威騰CHV190起重專用變頻器，實(shí)現(xiàn)對(duì)門吊的精確控制。
（1）提升機(jī)構(gòu)
提升機(jī)構(gòu)由1臺(tái)（YTSP355L-8）200kW變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)調(diào)速為帶編碼器的閉環(huán)矢量控制，采用INVT公司起重專用機(jī)器CHV190-250G-4；屬有檔位無(wú)級(jí)調(diào)速方式，內(nèi)設(shè)S曲線加減速模式，保證重物提升過程中的穩(wěn)定性。
（2）大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)
大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)有6臺(tái)（YTSP160M-6）7.5kW變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，6臺(tái)電機(jī)由一臺(tái)變頻器閉環(huán)矢量控制；小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)由2臺(tái)（YTSP180-4）22kW變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，2臺(tái)電機(jī)由一臺(tái)變頻器閉環(huán)矢量控制；大小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)屬于位移性負(fù)載，方案中大、小車兩組電機(jī)共用一臺(tái)變頻器通過切換分別控制，其中一組電機(jī)需要控制運(yùn)行時(shí)，變頻器接收到轉(zhuǎn)換信號(hào)后自動(dòng)切換到相應(yīng)電機(jī)組參數(shù)。
6.1 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)
（1）可靠的抱閘邏輯控制且抱閘時(shí)間可調(diào)，在保證不溜鉤的同時(shí)，也避免了電機(jī)的大沖擊電流。
（2）高性能的閉環(huán)矢量控制，在零速時(shí)可輸出180%的額定轉(zhuǎn)矩長(zhǎng)達(dá)10s，增加了系統(tǒng)的可靠性。
（3）提升機(jī)構(gòu)采用輕負(fù)載升速（電子副鉤）功能，重載時(shí)0～50Hz之間運(yùn)行，空鉤可實(shí)現(xiàn)100Hz高速運(yùn)行，以提高工作效率。
（4）多段速或模擬量調(diào)速，加、減速過程均按照S曲線模式，增加了工作的穩(wěn)定性，減小了機(jī)械沖擊，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。
（5）多電機(jī)并聯(lián)后，變頻器自學(xué)習(xí)參數(shù)辨識(shí)，建立有效的控制數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)停車準(zhǔn)確到位。
（6）單臺(tái)變頻器切換控制2組電機(jī)，自學(xué)習(xí)后并存儲(chǔ)兩組電機(jī)參數(shù)，均可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)矢量控制，降低了系統(tǒng)成本，提高了市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
（7）可調(diào)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)精確控制。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
6.2 系統(tǒng)框圖（如圖1所示）
6.3 變頻器的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試
6.3.1 提升變頻器的調(diào)試過程
（1）電機(jī)參數(shù)辨識(shí)
辨識(shí)電機(jī)參數(shù)在電機(jī)軸與負(fù)載脫開的情況下進(jìn)行，首先設(shè)定電機(jī)參數(shù)P2.00～P2.05和編碼器參數(shù)P4.00～P4.01，然后設(shè)定P0.07為1進(jìn)行電機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí)，見表1。.
自學(xué)習(xí)完成后，設(shè)定速度由低到高空載閉環(huán)矢量運(yùn)行，觀察空載電流及電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，確保正常。
表1
|
功能碼 |
設(shè)定值 |
參數(shù)詳細(xì)說(shuō)明 |
功能碼 |
設(shè)定值 |
參數(shù)詳細(xì)說(shuō)明 |
|
P0.01 |
0 |
0：鍵盤指令通道 |
P2.03 |
743 |
電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 |
|
P0.02 |
0 |
0：鍵盤設(shè)定 |
P2.04 |
380 |
電機(jī)額定電壓 |
|
P2.01 |
200 |
電機(jī)額定功率 |
P2.05 |
385 |
電機(jī)額定電流 |
|
P2.02 |
50 |
電機(jī)額定頻率 |
P4.01 |
1024 |
編碼器脈沖數(shù) |
表2
|
功能碼 |
設(shè)定值 |
參數(shù)詳細(xì)說(shuō)明 |
功能碼 |
設(shè)定值 |
參數(shù)詳細(xì)說(shuō)明 |
|
P0.01 |
0 |
0：鍵盤指令通道 |
P2.03 |
1473 |
電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 |
|
P0.02 |
0 |
0：鍵盤設(shè)定 |
P2.04 |
380 |
電機(jī)額定電壓 |
|
P2.01 |
44 |
電機(jī)額定功率 |
P2.05 |
84 |
電機(jī)額定電流 |
|
P2.02 |
50 |
電機(jī)額定頻率 |
P4.01 |
1024 |
編碼器脈沖數(shù) |
表3
|
功能碼 |
設(shè)定值 |
參數(shù)詳細(xì)說(shuō)明 |
功能碼 |
設(shè)定值 |
參數(shù)詳細(xì)說(shuō)明 |
|
PA.03 |
45 |
電機(jī)基速功率1 |
PA.06 |
380 |
電機(jī)基速電壓1 |
|
PA.04 |
50 |
電機(jī)基速頻率1 |
PA.07 |
108 |
電機(jī)基速電流1 |
|
PA.05 |
974 |
電機(jī)基速轉(zhuǎn)速1 |
PA.22 |
1024 |
編碼器脈沖數(shù) |
（2）其它參數(shù)的設(shè)定
P0組（基本功能組）、P1組（速度曲線組）、P5組（輸入端子組）、P6組（輸出端子組）等參數(shù)可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定；
P0組（基本功能組）、P1組（速度曲線組）、P5組（輸入端子組）、P6組（輸出端子組）等參數(shù)可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定；
（3）抱閘時(shí)序控制測(cè)試
通過修改P8組，增強(qiáng)功能組中的抱閘合閘、松閘延時(shí)參數(shù)，調(diào)試抱閘時(shí)序控制情況。
（4）帶負(fù)載閉環(huán)矢量運(yùn)行及驗(yàn)證輕負(fù)載升速（電子副鉤）功能
觀察抱閘時(shí)序控制正常后再安裝好主軸聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，設(shè)定速度由低速到高速的步驟運(yùn)行。帶負(fù)載調(diào)試時(shí)，堅(jiān)持由低負(fù)載到高負(fù)載的步驟調(diào)試，同時(shí)注意觀察變頻器運(yùn)行電流及電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。通過修改P8組增強(qiáng)功能組中的輕負(fù)載升速使能參數(shù)，驗(yàn)證吊重物時(shí)0～50Hz之間運(yùn)行，空鉤時(shí)0～100Hz之間運(yùn)行。
6.3.2 大、小車調(diào)試過程
大、小車共用1臺(tái)變頻器控制，其中大車由6臺(tái)7.5kW電機(jī)組成，在其中1臺(tái)電機(jī)上安裝好編碼器；小車由2臺(tái)22kW電機(jī)組成，也在其中1臺(tái)電機(jī)安裝好編碼器。
6.3.3 參數(shù)切換控制的說(shuō)明
（1）P5.05設(shè)定為“電機(jī)切換（MEX）”，說(shuō)明當(dāng)S4端子為off時(shí)，選擇第1組電機(jī)；S4端子為on時(shí)，選擇第2組電機(jī)；
（2）P6.01設(shè)定為“電機(jī)切換輸出”，說(shuō)明選擇Y1輸出，當(dāng)變頻器接收“電機(jī)切換（MEX）”輸入信號(hào)后，在100ms內(nèi)完成電機(jī)切換，并輸出“電機(jī)切換輸出”信號(hào)到該輸出端子；
6.3.4 參數(shù)自學(xué)習(xí)
在脫離電機(jī)軸與負(fù)載的情況下，分別學(xué)習(xí)好兩組電機(jī)的參數(shù)。現(xiàn)在通過手動(dòng)控制，使變頻器分別拖動(dòng)大、小車兩組電機(jī)，大車電機(jī)將6個(gè)電機(jī)作為一個(gè)整體控制對(duì)象來(lái)看，這時(shí)設(shè)定的電機(jī)參數(shù)中電流與功率為6個(gè)電機(jī)之和。同理小車亦采用同樣方法處理，詳見表2、表3。
（1）小車設(shè)定的參數(shù)
（2）大車設(shè)定的參數(shù)
（3）其它參數(shù)的設(shè)定
P0組（基本功能組）、P1組（速度曲線組）、P5組（輸入端子組）、P6組（輸出端子組）等參數(shù)可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定。
6.4 大、小車運(yùn)行
抱閘時(shí)序控制調(diào)試以及帶負(fù)載調(diào)試可以參照提升主機(jī)的方法進(jìn)行。由操作臺(tái)控制大小車切換動(dòng)作，變頻器自動(dòng)切換兩組參數(shù)拖動(dòng)兩組電機(jī)分別閉環(huán)運(yùn)行。
7 結(jié)束語(yǔ)
隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展完善，交流變頻調(diào)速技術(shù)日益顯現(xiàn)出優(yōu)異的控制及調(diào)速性能，高效率、易維護(hù)等特點(diǎn)，加之它的價(jià)格不斷下降，使其成為起重機(jī)械一種優(yōu)選的調(diào)速方案。但是，要使變頻器成功地應(yīng)用于起重機(jī)調(diào)速，就必須針對(duì)起重機(jī)的特點(diǎn)，計(jì)算和選擇變頻器及其外圍的輔件，并在安裝與布線時(shí)采取特殊技術(shù)措施，以保證變頻調(diào)速的起重機(jī)安全、可靠地運(yùn)行。
起重機(jī)行業(yè)對(duì)變頻器的性能、功能有著非常高的要求，英威騰公司通過深入的市場(chǎng)調(diào)研，開發(fā)出CHV190起重機(jī)專用變頻器系列產(chǎn)品，通過不同用戶現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行，取得了良好的效果，并為自主品牌的變頻器在高端行業(yè)應(yīng)用開創(chuàng)了先例。
參 考 文 獻(xiàn)
［1］INVT.CHV190變頻調(diào)速器操作說(shuō)明書［Z］.2008.
［2］韓安榮.通用變頻器及其應(yīng)用［M］.機(jī)械工業(yè)出版社.2000.
［3］段蘇振.交流變頻調(diào)速技術(shù)在門式起重機(jī)中的應(yīng)用［J］.電氣傳動(dòng)，2005，1.
［4］段蘇振.交流變頻調(diào)速的電氣制動(dòng)方式［J］.機(jī)床電器，2004，3.
——轉(zhuǎn)自《自動(dòng)化博覽》
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)