红花电站桥式起重机变频调速的设计应用.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除红花电站200/50吨桥式起重机变频调速的设计应用林国栋广东江海机电工程有限公司 广州市510500摘 要：桥式起重机变频调速的设计应用关键词：桥式起重机 变频调速 设计红花水电站200/50吨桥式起重机是该电站灯泡贯流式发电机组的主要安装和维修工具，为了更好地满足灯泡贯流式发电机组安装要求的需要，我们在该台桥式起重机大小车行走机构采用了当今先进的变频技术来设计，进行无级调速控制。在水利行业里，大多数起重机生产厂家在采用变频器控制起重机各个运行系统时，采用带传感器的矢量控制方式，但是电站发电机组安装时的实际工作环境比较复杂，往往造成起重机在实际操作中可能造成故障保护太多，反而会影响安装的进度。因此，我们这几年在设计变频调速桥式起重机时，采用无传感器的矢量控制方式或V/F（电压/频率）控制方式，而且主要从变频器功率的选定、制动的逻辑控制、高速提升的转矩控制、制动电阻和滤波器附件选择等这几个方面去进行一些优化设计，从而保证起重机的安全性和可靠性 。一 变频器功率的选定变频器应用于桥式起重机一般采用恒转矩方式进行调速。设计中选用变频器与对应控制电机匹配时，无论是起重机大小车的平行移动控制还是主副钩的垂直控制，经验选法多数是变频器功率比电机功率大一挡，这种选法虽然一般能满足系统控制的要求，但是在一些重负载的场合可能会出现容量偏小，特别是在起重机主副钩垂直起升的场合比较多的出现这种现象。通过几年的起重机产品试验和实际实践证明，以变频器的最大输出电流作为确定变频器功率的依据比较合理，因为我们所使用的变频器的转矩输出主要与其输出电流有关，在选择变频器功率时，一般情况下，起重机大小车平行移动控制变频器的最大输出电流，只要大于其所控制电动机额定电流的总和就可以，起重机主副钩垂直升降控制变频器的最大输出电流则要按其所控制电动机额定电流的1.31.5倍来选择。这是保证变频器安全工作的基础。二制动逻辑控制用变频器控制的起重机各个机构要安全可靠地工作，各机构制动器的施加和释放是否能被连续精确控制十分重要，也就是说：任何情况下负载被维持而不会溜滑；保护制动器避免过度磨损；平滑地起动和停止负载。要实现以上目标，接受变频器制动接点信号是保证制动器安全抱闸的主要措施，变频器制动接点信号的通断可以通过设置与控制对象所需的转矩或所设定的频率来实现。一是制动器打开时的转矩控制能通过设置变频器参数来调节，参数可设固定值，对于起重机主副钩的上升和下降，它的值还可以是不同的，而制动器打开时的转矩方向应该是固定向上，假如转矩水平未达到制动将不被打开。二是通过设置制动释放频率和施加频率来实现制动控制，目的是保证转矩控制模式转化为速度控制模式时转矩稳定，以保持负载，如设置制动释放频率参数时，可以自动设置为电机的滑差频率，因为在开环的情况下，滑差频率以上是可以保证输出力矩的；而设置制动施加频率时，就可将参数自动设置为电机滑差频率的两倍，因为这要考虑克服负载的惯性。另外,为进一步提高制动器的可靠性和安全性,将控制制动器的反馈接点通过PLC或变频器逻辑输入口接入,使变频器控制制动器反馈接点位置和制动继电器命令的一致性,从而可以用制动反馈触点来引导制动顺序，在这种情况下，制动反馈触点优先于制动计时器。制动逻辑控制描述（如下图所示）三高速提升的转矩控制高速提升的转矩控制有以下两种模式：一种是速度给定模式；一种是电流限幅模式。（如下图） 转矩 额定转矩以负载为函数的速度限制电流限幅可能运行于某高于额定转速，但提供的力矩减少了有两种模式可以限制最高提升速度Cn瞬态过转矩恒转矩C=k U/F恒功率C=k FrS/FHSPFRS额定频率 FrS最高频率 HSP1.“速度给定” 模式 : o最高允许速度由变频器以负载的函数计算优势 : 速度斜坡保持线性缺陷 : 称重需要时间o速度限幅根据估算负载(转矩计算)获得o在电动机象限:max speed = reference x FRS x f(COF, OTR)o在发电机象限:max speed = reference x FRS x f(COR, OTR)FRS 额定电机频率OTR输出转矩COF电动机象限的优化系数 (0-100%)COR发电机象限的优化系数 (0-100%)上升或下降的时序频率给定获得运行命令后，一旦到达速度OSP , 在时间段tOS内，速度将稳定在该转速以执行称重功能tHSPFRSOSPOSP : 可调台阶速度,用以实现负载测量tOS : 用来进行负载测量的时间.输出频率t计算限幅HSP在获得停车命令或改变运转方向命令之前,速度将保持在计算的速度限幅内FRSOSPTOSTOSn在tOS期间, 若给定频率FRH减少到OSP以下, 则最高转速计算中止n若给定频率FRH 电机额定频率 (FRS) ,则频率输出被设定为FRH 但不超过估算最高转速.2 “电流限幅” 模式 :o上升时根据电机电流限制最高速度固定o下降时（发电机模式）本功能自动变为速度模式优势 : 上升时无台阶式延时超过额定转速以恒功率运行额定转速以上不超过额定电流 缺陷 :电流限幅使的速度斜坡非线性只有在电动机象限才可用仅在电动机象限有效on在发电机象限,模式自动转化为速度限幅模式 (HSO=SSO)on若输出频率 (RFR) 门槛 SCL : 速度给定为 FRH 电动机象限的电流限幅由参数 CLO 决定发电机象限的电流限幅由参数 CLI, CL2决定n上升顺序获得运行命令后, 一旦速度达到SCL ,速度则被限制到 CLO频率给定tHSPFRS在发电机象限模式:速度给定有效在电动机象限模式,电流限幅有效输出频率t由电流限幅决定的速度限制HSPFRSSCLSCL : 需要执行电流限幅 CLO的速度水平电流tCLO : 高速提升模式下的电流限幅水平CLx电流限幅CLO电动机模式发电机模式电动机模式t四制动电阻的选配变频器的制动电阻直接决定了变频器的制动转矩，特别是在起重机垂直升降的控制中必不可少。以施耐德ATV71系列变频器为例：1.不带制动电阻时：30 % 的电机额定转矩 (典型值）2.带制动电阻时 :o=90 kW =200kW （选配标准制动单元）: 88% 的电机额定功率，占空比为50%150% 的电机额定功率，占空比为5%n在选配制动电阻时，首先要根据变频器厂家提供的各规格变频器制动电阻最小阻值，结合控制对象的实际工作工况，计算制动电阻所需功率，特别要注意的是所选电阻的阻值一定不能比厂家提供的制动电阻最小阻值小，否则会烧坏制动单元。ATV71系列变频器制动电阻的选配-最小阻值MATV71 160KW （ATV71C16N4）以内的产品全部内置制动单元R五滤波器的配置 实际上，电站在安装发电机组阶段起重机的工作环境比较复杂，工作电源电压比较不稳定，为减少对变频器工作的干扰，在设计时应当选择各变频器厂家为变频器配置的滤波器或进线电抗器，以减少电流谐波，以上配置