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深圳市蓝海华腾技术股份有限公司
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某集团变压器厂50吨主钩方案

日期: 2015-03-20
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一、起重机技术特点
对于起重行业,国产变频器一直很难进入,主要是因为国内没有几家有真正的好的矢量型变频器,蓝海华腾变频器改变了这一现实,蓝海华腾变频器是真正的矢量型变频器,其主体团队都来自世界500强的企业,在变频器行业拥有数十年的研发与应用经验,全面掌握变频器核心技术。
起重这个行业要求变频器具有的特点:
平稳、可靠,有良好的低速就位性能.。变频技术的飞跃发展,特别是矢量控制技术和直接转矩控制技术的应用,变频技术日趋成熟,以其宽广的调速范围、较高的稳速精度、快速的动态响应以及能在四象限作可逆运行特性,其应用位居交流传动之首,其调速性能完全可以和直流传动相媲美,并有取代之趋势。
起重机,其核心机构是起升机构,在起升机构上采用变频调速必须解决的关键技术为:
◆ 低频时能保证恒转矩输出,以避免低频时满负载工况下发生带不动负载的现象;
◆ 满负载时在空中制动停车或再提升时,不产生溜钩现象;
◆ 电动机减速或重载下放时,再生制动能量必须迅速释放;
◆ 实现恒转矩调速和恒功率调速,轻、空载起升速度提高一。
于上述问题,我们在设计和实际应用调试中是这样解决的:
以蓝海华腾V6变频器为例,变频器具有三种控制模式,第一种为无编码器矢量控制1控制方式;第二种为无编码器矢量控制2控制方式;第三种有编码器矢量控制2控制方式,即常说的闭环矢量控制方式。我们选用第三种控制模式,闭环控制的速度反馈采用增量式脉冲编码器,系统具有足够的调速硬度和良好的低频转矩特性,即使在0Hz电机也能以180%额定转矩输出,以避免低频时满负载工况下发生带不动负载的现象。
起升机构有机械制动器,当变频器作为调速手段时,在起升机构上升或下降以及在空中停止的瞬间,机械制动回路与变频器加、减速时间的匹配是一个非常关键的方面;在工作过程中,既要防止溜钩现象的产生,又必须防止由于时间匹配不当而引起松闸太慢或抱闸太快现象。若匹配不当可能引起电机的堵转导致变频器保护跳闸,致使工作中断。在实际应用中,我们通过在启动时控制起升制动器延时松闸,停止时控制变频器零速信号进行抱闸能较好的控制溜钩现象。
对再生制动能量的处理方式有两种,一种是用制动单元和制动电阻来吸收,另一种是通过在直流侧设置公共母线的逆变桥使之回馈到电网。采用能耗电阻的方式,在制动单元和制动电阻的选择上应考虑到起升机构属位能性负载特性,不能按制造厂商推荐使用的制动单元和制动电阻的容量,必须增加制动单元和制动电阻的容量,电阻的阻值决定着制动电流,也就是决定着制动时间的长短,在起重机变频调速系统中长时间的制动转矩特性决定需要考虑的并不是它的阻值,而是它的功率,即在设计中把制动电阻的功率增加了一倍,保证再生制动能量迅速释放。
采用公共直流母线下的多逆变器驱动方式, 使系统电路形式简洁、紧凑。再生制动能量采用回馈到电网的方式,这是因为考虑到起升机构重载下放时长时间的制动转矩必须由大量的制动电阻来吸收。另外,当任意两个以上的机构同时运行时,若某一机构传动电机处于再生制动状态时,其再生制动能量可经直流母线直接供给处于电动状态的电机,可大大提高能量的再生利用率。但采用再生制动能量回馈方式价格较贵。
系统由一个整流/回馈单元加多个逆变器组成,逆变器的数量取决于整个电气传动系统所需的逆变器个数,整流/回馈单元为各逆变器提供公共直流母线(COMMON DC BUS),它除了设有整流桥外还设有逆变桥,当电机处于减速或重载下放工况使直流母线电压升高时,其逆变桥开始工作并将再生制动能量回馈至电网,从而使系统实现四象限可逆运行。
50Hz以下实现恒转矩调速,空钩或只带吊具时可运行在50Hz以上,速度提高一倍,实现恒功率调速, 若PLC与变频器控制为通讯方式,起升速度控制可随载荷自动升速或降速。PLC检测吊重起动时的电流值进行控制,也可通过超负荷限制器的重量信号来控制恒功率升速,提高生产率。
二、变频调速技术在起重机电气传动上的应用具有以下特点
◆ 变频系统与直流传动方案相比,可以不用制造复杂、价格昂贵、维护麻烦的直流电动机,而选用方便、 节能、经济的交流电动机.。
◆ 变频系统与常规电气控制方案相比,省去了电动机转子侧的大功率电阻、加速接触器和电动机正反转交流接触器。
◆ 电机加减速时间可调整,可实现系统的软启动,软停止,速度变化平滑,运行平稳,低速性能稳定。
◆ 能满足起升机构对调速硬度、低频转矩特性及四象限运行的要求;可以长时期低速运行;能有效的防止重载空中溜钩现象。
◆ 采用矢量控制闭环方式,0Hz时起升电机也能以额定转矩输出。实现零速抱闸,可以全速受控,减少抱闸闭合时的振动及抱闸磨损。
◆ 无需采用机械变速装置,利用变频调速50Hz以上恒功率调速方式即可将空钩及轻载工况的起升速度提高一倍,类似于直流电机的弱磁升速方式,可大大提高生产率。
◆ 配用PLC后,控制柜体积大为减少,元件少,若和变频器之间采用通信方式,则无需使用PLC I/O接口及变频器输入端子。
三、蓝海华腾变频器的结构与保护
◆ 变频器的基本构成与功能
(1) 主回路
给异步电动机提供调频调压电源的电力变换部分称为主回路。
a.整流器。把工频电源变换为直流电源,电功率的传送不可逆;
b.滤波器。在整流器整流后的直流电压中,含有脉动电压,此外,逆变器回路产生的脉动电流也使直流电抗器和电容器吸收脉动电(电流);
c.逆变器。逆器的作用是在所确定的时间里有规则地使六个功率开关器件导通、关断,从而将直流功率变换为所需电压和频率的交流输出功率;
d.制动单元。异步电机在再生制动区域运行时,再生能量首先储存于储能电力电容器中,使直流电压升高。对起重机机械系统惯量所积蓄的能量比电容器能储存的能量大,并且需要快速制动,必须用可逆变流器把再生能量反馈到电网侧,这样节能效果更好,或设置制动单元,把多余再生功率消耗掉,以免直流回路电压的上升超过限值。
(2)控制回路
a. 将外部转速、转矩等指令同检测回路的电流、电压信号进行比较运算,决定变频器的输出电压、频率;
b.电压/电流检测回路。检测主回路电压、电流等;
c.驱动回路。驱动主回路功率开关器件,使之导通、关断;
d.转速检测回路。检测速度信号送入运算回路。
◆  保护回路。保护回路可分为变频器保护和异步电机的保护
(1) 瞬时过电流保护。由于变频器负载侧短路等原因,流过变频器的电流达到异常值时,立即停止工作;
(2) 过载保护。变频器电流超过一定值,且连续流通超过规定时间,停止工作;
(3) 再生过电压保护。采用变频器使电动机快速减速时,由于再生功率引起直流电路电压升高超过允许值时,停止运行;
(4) 瞬时掉电保护;
(5) 对地过电流保护;
(6) 冷却风机异常异步电机的保护;
(7) 超速保护。变频器的输出频率或者变频电动机的速度超过规定值时,停止变频器运行。
四、蓝海华腾变频器在起重机上的应用方案和调试指导
采用蓝海华腾V6-H-4T75G/90L高力矩电流矢量型变频器,采用闭环控制;变频器选型根据电机电流乘以1.3倍来选择变频器,旋转编码器采用集电器输出推挽型,如日本欧姆龙公司E6B2-WZC1024R/M型,采用本公司PG01卡,与旋转编码器连接,旋转编码器的电压选用12V~24V,75KW以下的变频器采用内置制动单元,75KW以上的采用外置制动单元并选用直流电抗器,制动单元根据制动的能量采用两种制动电压650V或700V,制动电阻按说明选用,大功率的情况下一定注意功率的配置合理,在起重机上一般采用分段速控制,变频器的输入端口一般控制电压内置直流24V,由于起重机线槽导线较多而且电流较大,对24V控制电流干扰较大,我们采用220V交流继电器进行中转,通过继电器将控制信号输入PLC,X1一般定义为正转,X2定义为反转其他端口定义为多段速,RC继电器输出口做为故障输出,切断总电源,Y1 24V外接直流继电器作为制动接触器的开关信号。
菜单调试:P0.0=8,过程开环控制
P9电机参数:从P9.00到P9.04将电机参数输入,P9.15做自整定
将Y1设定为FDT功能,FDT时间根据电机惯性和制动器的闭合时间确定并注入直流制动,防止溜钩。
重载时,要停车从四档回到一挡,速度稳定后降控制器回到0,空载时可以直接从正转四档打到反转四档。
使用PLC的目的,采用20点PLC,5输入4输出,PLC将凸轮控制器信号转换成变频器能够识别的二进制信号,并延时风机的停止。
使用效果,抱闸效果良好,载重停车无溜钩,变频器长期使用无任何故障记录,各项保护完备。
调试参数记录如下:
P0.03=8,P0.05=10,P0.06=1(.端子控制),P0.08=2.2,P0.09=2.7,
P3.01=80,P3.02=0.6,P3.05=2,P3.06=0.3,P3.08=1,P3.09=0,
P4.22=25,P4.23=35,P5.00=2(正转),P5.01 =2(反转),P5.02=9,P5.03=10,
电机参数自动辩识
P9.01= 10(10p),P9.02=590,P9.03=63,P9.04=136,P9.05=65.6,
PA组控制参数.
PA.00=6(载波),PA.09=1,PA.11=650(制动单元动作电压)
调试注意事项:动力线与控制线一定要分开走线;否则干扰特别大;停车方式一定要选择P3.05=2(减速停车+直流制动);一定要检查好机械抱闸;制动电阻一定要按照标准选择;起重设备上一定要装超限控制器;避免重物过重;造成事故另外选择变频器一定要根据电流选择变频器,电机电流乘以1.3为合适。一定要是蓝海华腾这样真正的电流矢量型变频器。
五、结论
蓝海华腾V&T变频器是一款真正能够胜任起重机行业的变频器;希望大家支持国产!


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