時間:2011-12-01 15:36:52來源:xuliyuan
一、起重機技術特點
對于起重行業,國產變頻器一直很難進入,主要是因為國內沒有幾家有真正的好的矢量型變頻器,藍海華騰變頻器改變了這一現實,藍海華騰變頻器是真正的矢量型變頻器,其主體團隊都來自世界500強的企業,在變頻器行業擁有數十年的研發與應用經驗,全面掌握變頻器核心技術。
起重這個行業要求變頻器具有的特點:
平穩、可靠,有良好的低速就位性能.。變頻技術的飛躍發展,特別是矢量控制技術和直接轉矩控制技術的應用,變頻技術日趨成熟,以其寬廣的調速范圍、較高的穩速精度、快速的動態響應以及能在四象限作可逆運行特性,其應用位居交流傳動之首,其調速性能完全可以和直流傳動相媲美,并有取代之趨勢。
起重機,其核心機構是起升機構,在起升機構上采用變頻調速必須解決的關鍵技術為:
◆ 低頻時能保證恒轉矩輸出,以避免低頻時滿負載工況下發生帶不動負載的現象;
◆ 滿負載時在空中制動停車或再提升時,不產生溜鉤現象;
◆ 電動機減速或重載下放時,再生制動能量必須迅速釋放;
◆ 實現恒轉矩調速和恒功率調速,輕、空載起升速度提高一。
于上述問題,我們在設計和實際應用調試中是這樣解決的:
以藍海華騰V6變頻器為例,變頻器具有三種控制模式,第一種為無編碼器矢量控制1控制方式;第二種為無編碼器矢量控制2控制方式;第三種有編碼器矢量控制2控制方式,即常說的閉環矢量控制方式。我們選用第三種控制模式,閉環控制的速度反饋采用增量式脈沖編碼器,系統具有足夠的調速硬度和良好的低頻轉矩特性,即使在0Hz電機也能以180%額定轉矩輸出,以避免低頻時滿負載工況下發生帶不動負載的現象。
起升機構有機械制動器,當變頻器作為調速手段時,在起升機構上升或下降以及在空中停止的瞬間,機械制動回路與變頻器加、減速時間的匹配是一個非常關鍵的方面;在工作過程中,既要防止溜鉤現象的產生,又必須防止由于時間匹配不當而引起松閘太慢或抱閘太快現象。若匹配不當可能引起電機的堵轉導致變頻器保護跳閘,致使工作中斷。在實際應用中,我們通過在啟動時控制起升制動器延時松閘,停止時控制變頻器零速信號進行抱閘能較好的控制溜鉤現象。
對再生制動能量的處理方式有兩種,一種是用制動單元和制動電阻來吸收,另一種是通過在直流側設置公共母線的逆變橋使之回饋到電網。采用能耗電阻的方式,在制動單元和制動電阻的選擇上應考慮到起升機構屬位能性負載特性,不能按制造廠商推薦使用的制動單元和制動電阻的容量,必須增加制動單元和制動電阻的容量,電阻的阻值決定著制動電流,也就是決定著制動時間的長短,在起重機變頻調速系統中長時間的制動轉矩特性決定需要考慮的并不是它的阻值,而是它的功率,即在設計中把制動電阻的功率增加了一倍,保證再生制動能量迅速釋放。
采用公共直流母線下的多逆變器驅動方式, 使系統電路形式簡潔、緊湊。再生制動能量采用回饋到電網的方式,這是因為考慮到起升機構重載下放時長時間的制動轉矩必須由大量的制動電阻來吸收。另外,當任意兩個以上的機構同時運行時,若某一機構傳動電機處于再生制動狀態時,其再生制動能量可經直流母線直接供給處于電動狀態的電機,可大大提高能量的再生利用率。但采用再生制動能量回饋方式價格較貴。
系統由一個整流/回饋單元加多個逆變器組成,逆變器的數量取決于整個電氣傳動系統所需的逆變器個數,整流/回饋單元為各逆變器提供公共直流母線(COMMON DC BUS),它除了設有整流橋外還設有逆變橋,當電機處于減速或重載下放工況使直流母線電壓升高時,其逆變橋開始工作并將再生制動能量回饋至電網,從而使系統實現四象限可逆運行。
50Hz以下實現恒轉矩調速,空鉤或只帶吊具時可運行在50Hz以上,速度提高一倍,實現恒功率調速, 若PLC與變頻器控制為通訊方式,起升速度控制可隨載荷自動升速或降速。PLC檢測吊重起動時的電流值進行控制,也可通過超負荷限制器的重量信號來控制恒功率升速,提高生產率。
二、變頻調速技術在起重機電氣傳動上的應用具有以下特點
◆ 變頻系統與直流傳動方案相比,可以不用制造復雜、價格昂貴、維護麻煩的直流電動機,而選用方便、 節能、經濟的交流電動機.。
◆ 變頻系統與常規電氣控制方案相比,省去了電動機轉子側的大功率電阻、加速接觸器和電動機正反轉交流接觸器。
◆ 電機加減速時間可調整,可實現系統的軟啟動,軟停止,速度變化平滑,運行平穩,低速性能穩定。
◆ 能滿足起升機構對調速硬度、低頻轉矩特性及四象限運行的要求;可以長時期低速運行;能有效的防止重載空中溜鉤現象。
◆ 采用矢量控制閉環方式,0Hz時起升電機也能以額定轉矩輸出。實現零速抱閘,可以全速受控,減少抱閘閉合時的振動及抱閘磨損。
◆ 無需采用機械變速裝置,利用變頻調速50Hz以上恒功率調速方式即可將空鉤及輕載工況的起升速度提高一倍,類似于直流電機的弱磁升速方式,可大大提高生產率。
◆ 配用PLC后,控制柜體積大為減少,元件少,若和變頻器之間采用通信方式,則無需使用PLC I/O接口及變頻器輸入端子。
三、藍海華騰變頻器的結構與保護
◆ 變頻器的基本構成與功能
(1) 主回路
給異步電動機提供調頻調壓電源的電力變換部分稱為主回路。
a.整流器。把工頻電源變換為直流電源,電功率的傳送不可逆;
b.濾波器。在整流器整流后的直流電壓中,含有脈動電壓,此外,逆變器回路產生的脈動電流也使直流電抗器和電容器吸收脈動電(電流);
c.逆變器。逆器的作用是在所確定的時間里有規則地使六個功率開關器件導通、關斷,從而將直流功率變換為所需電壓和頻率的交流輸出功率;
d.制動單元。異步電機在再生制動區域運行時,再生能量首先儲存于儲能電力電容器中,使直流電壓升高。對起重機機械系統慣量所積蓄的能量比電容器能儲存的能量大,并且需要快速制動,必須用可逆變流器把再生能量反饋到電網側,這樣節能效果更好,或設置制動單元,把多余再生功率消耗掉,以免直流回路電壓的上升超過限值。
(2)控制回路
a. 將外部轉速、轉矩等指令同檢測回路的電流、電壓信號進行比較運算,決定變頻器的輸出電壓、頻率;
b.電壓/電流檢測回路。檢測主回路電壓、電流等;
c.驅動回路。驅動主回路功率開關器件,使之導通、關斷;
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