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1、 基于四象限矢量变频器的起重机控制方案设计 2 广州 东芝 白云菱机电力电子技 术确 限公 一 嚣 一 鳃 胍 2 起重 电 馓 瓣 起重机的调速控制包括起 、 制动和匀速运行的速度拄制。日日 里 巾 冀 薹 藏 聊 究 。 作者简介： 王涛( 1 9 6 6 - 一 ) ， 女 ， 吉林省吉林币人 创飘仅 第 6期 王涛等 ： 基于四象 限矢量变频器的起重机控制方案设计 4 7 线电机转子串电阻进行调速的控制方式， 其实现如图 2 所示。转子串电阻的调速控制方式只能够实现有 级调速 ， 不能在生产过程中实现连续调速运行 ， 且不节能。 J 一 婴 曼 固 有 一 。 下放 ( 制动 ) 下放
2、 ( 反 向电动 ) a转子 电路接 线 b转子 串电阻的电动、 制动 工作特性 图 2 起 重机 转子 串电阻调速控制 起重机在进行恒加速、 恒减速工作时， 转子串电阻的调速系统很容易造成过放和过失事故 ， 安全性较 差。在起重电机转子回路、 控制回路中， 需要连接的设备和控制元件多， 控制系统接线复杂， 故障率高。除 此之外 ， 在起重机的启动和制动过程 中， 电能消耗较大， 不能做到经济运行。由此可见 ， 起重机转子串电阻 的运行方式已不适合现代生产过程_2 。 随着科学技术水平的不断提高， 交流变频调速技术在起重电机调速控制中的应用越来越被重视。它 不仅实现了无极调速。在生产运行过程中
3、， 还大大降低了电能消耗 ， 实现经济运行 。因此 ， 交流变频调速 控制在起重机控制系统的应用必将有较好的发展前景。 3 起 重 电机 对变频调速 系统的技 术要 求 起重机在提升机构的实际工作中， 对变频调速系统工作性能要求较高。起重机变频调速系统必须满 足的条件有 ： 1 ) 安全性要求。起重机变频调速系统除了能够在各种工作环境中正常工作外 ， 对短路 、 过载、 缺相 、 堵 转、 过压、 过热等常见故障有可靠的保护功能。起重机提升机构在重物开始升降或停住时， 容易造成溜钩 问题。变频调速控制系统应设计相应的解决方案。 2 ) 调速性能的要 求 。变频调速控制系统可以实现无极调速 ，
4、四象限运动 。起重机在加速或减速运 行过程 中， 应能够满足平滑性要求 、 有足够大的调速范围、 定位控制准确性好 。在恒转矩低速运行时， 应保 证速度 的平稳 、 保证调速范 围内工作点长期安全稳定运行 。 3 ) 经济性要 求。采用先进的能量 回馈制动方式 ， 回馈制动过程转子的电流流 回电网 ， 降低电能消耗。 4 ) 起、 制动力矩的要求。起重装置对启动力矩、 低频力矩、 加速力矩和制动力矩都具有严格要求。起 重机变频调速控制系统应满足各种工况下的力矩要求 ， 具有较强的过载能力 、 矢量及转矩控制能力 ， 实现 大转矩输出。同时， 还应具备可用编码器闭环调节功能。 5 ) 数字化、
5、可视化、 网络化、 智能化 的要 求。在设计起重机变频调速系统 时， 应充分利用现代先进技 术 ， 实现 系统的数字化 、 可视化 、 网络化和智能化需求。 综上所述 ， 起重机提升机构变频调速系统应选择动态性能好 的矢量变频器。同时 ， 为了实现经济运行 方式 ， 宜选用带有回馈逆变回路的变频器 。 4 起 重机 变频调速 方案设 计 4 1 变频器选择 起重机提升机构变频调速控制应首选具有 四象 限运行功能的矢量变频器 。国外 主流变频器 中， 西 门 子的 6 S E 7 1 变频器是一款可视化智能全数字式交 一直 一交 电压直接控制型的三相交流异步 电动机变频调 速控制产品。该产品具有
6、非常好的拖动系统 ， 快速稳定驱动调速控制性能 ， 以及较大 的启动转矩。通常情 4 8 广东石油化工学院学报 2 0 1 5 正 况下 ， 可 以使 电机拖动系统启动瞬间达到额定负载的 1 5 0 。国产变频器中， 英威腾矢量变频器作为国内 变频器一线品牌 ， C H A 1 0 0系列高性能四象限矢量变频器是专 门为提升机而设计 的， 已广泛应用于提升机 械 。通过比较国内外两款变频器( 如表 1 所示) ， 在实践中应首选英威腾 C H A1 0 0四象限矢量变频器。 表 1 西 门子 6 S E 7 1 变频器与英威腾 C H A 1 0 0系列 四象 限矢量变频器的特征 4 2 提升
7、机变频调速控制方案 提升机 变频调速控 制主 电路 接线方 案 ， 如图 3 所示 。 1 ) 控制 方式。c H A 1 0 0矢量变频器有 3种控制方式 ： 有 P G的矢量控制 、 无 P G的 矢量控制 、 恒 V F的控制。提升机变频器 通常选用有 P G卡的矢量控制方式。 2 ) 电机参数 自 学习整定。为了达到更 好的控制效果 ， 使用前 C H A1 0 0变频器需 要对电机参数进 行 自学习整定 。通过 功 能代码 P 0 0 7设置 的 自学习过程 ， 按照一 定 的操作顺序 进行参 数 自学 习。参数 自 学习有旋转参数 自学习和静止参数 自学 习。旋转参数 自学习时需要
8、 自学习前将 电 图3 提升机变频调速主电路接线图 机与负载脱开， 使电机处于静止、 空载状态， 否则自学习的结果可能不正确。静止参数自学习过程则不需 要电机与负载脱开。 3 ) 溜钩处理 。变频器在有 P G矢量控制模式下 ， 0 H z 运行时可输 出 1 8 0 额定转矩 ， 转矩 响应时间 2 0 m s 以内， 完全可满足吊车的应用要求， 有效避免溜钩问题及起停抖动问题。同时， 用变频器运行信号 作为电磁抱 闸的控制信号 ， 更为安全可靠。 4 ) 综合控制。起重机械一般包括 ： 提升机构、 行走机构和横动机构 。用 P L C对提升机构 、 行走机构、 横动机构进行集中控制 ， 方
9、便实现多种功能协调控制 。其电气综合控制原理如图 4所示 。 4 3 节能分析 异步电动机主回路串接变频器的机械特性图如图 5 所示。图中 为调速前 的特性 曲线， 为变频调 速后 的特性曲线。可见 ， 变频调速能够同时调速和调整供电电压 ， 使 电机的机械硬度基本不变。相比绕线 式异步电机的转子串电阻调速 ， 在负载转矩 不变的情况下 ， 变频调速节能效果较好。 起升、 下降 信号 竺 !广_ _ 1 兰 操 作 前后行走 编号 P L C 匝 _ _ 匝 手 柄 右横动信号 面卜 图 4 起重机 电气综合控制原理 图 转速 0 2 。 = ：一 A j B ， 图 5 变频调速 系统的机械
10、特性曲线 5 结束语 变频技术应用于起重机的调速控制系统 ， 对提升起重机的控制性能、 降低能耗 、 减小对 电网的冲击电 第 6期 王涛等 ： 基于四象 限矢量变频器的起重机控制方案设计 4 9 流 、 延长起重机械的使用寿命 ， 都具有重要的意义。利用 四象限运行矢量变频器设计 的提升机构变频控制 方案， 可以高质量完成起重机各项工艺要求、 节能环保， 是未来起重机电气控制的发展方向。 参考文献 1 阮毅 ， 陈伯时 电力拖动 自动控制系统 M 北京： 机械工业出版社， 2 0 1 2 ： 1 3 ， 1 9 2 郑翔 四象限矢量型高压变频器在矿井提升机上的应用 J 变频器世界， 2 0
11、1 2 ( 5 ) ： 8 1 8 3 3 张瑞林 变频器在起重机调速控制系统中的设计与应用 J 电机与控制应用， 2 0 1 2 ( 6 ) ： 4 3 4 8 A De s i g n o f a Cr a n e Co n t r o l S c h e me B a s e d o n Ve c t o r F r e q u e n c y C o n v e r t e r、 t h F o u r Qu a d r a n t s WA N G T a o ， WA N G A i g u o ， S H I G a n g， P E N G Y u n h u a ( 1 C
12、o l le g e o f C o m p u t e r a n d E l e c t r o n i c I n f o r m a t i o n ， G nan g d o n g U n iv e r s i t y o f P e t r o c h e m i c a l T e c h n o l o g y ，Ma o m i n g 5 2 5 0 0 0 ，C h in a 2 G u a n g z h o u G T M B U c o m p t m y ，G u a n l 叫 5 1 0 4 6 0 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：
13、 T h e me c h a n i c a l c h a r a c t e ri s t i c s o f a c Y a n e i s a n a l y z e d i n t h i s p a p e r ，a n d a i mi n g a t t h e p r o c e s s r e q u i r e me n t o f i t s s p e e d r e g l l l a t i ng s y s t e m， a n d i ts u s t m e n t s p , a m e tho d o f a c r ane ， t h e p a p
14、er p u t s f o r w a r d a k i n d ofd e s i g n i n g s c h e m e ofa kin d o f s p e e d r e g ul a ti o n s y s t e m w i th v e c t o rf r e q u e n c y c o n v e r te rw h i c h C an o per a t e i n f o u r q u a d r a n tsT h i s sch e me i s s a ti s fi ed with the t o r q u e ，s p e e d，s t
15、a r t i n g，b r a k i n g ， d eh o o k a n d s o o n ，a n d i n the me a n t i me ，i t c a l l f e e d b a c k t h e e n e r g y t o t h e p o w e r s y s t e m w h e n t h e mo t o r i s b r a k i n g ，s o t h i s i s a eco n o mi e al an d e n e r g ye ff i c i e n t d e s i g n Ke y wo r d s ： Ve
16、 c t o r f r e q u e n c y c o n v e r te r ；F o u r q u a d r a n t o per a t i o n ；R e g e n e rati v e b r a k i ng ；S p e e d c o n t r o l s y s t e m ( 责任编辑 ： 黄容) ( 上接 第 4 1页) N u me r i c a l S i mu l a t i o n S t u d y o n Mi x ed Oi l o f Z h a n j i a n g - Ma o mi n g P i p e l i n e LI N Ka n g 1 ，S H I We n ， WA N G
