施耐德ATV71系列變頻器在2×1600kN雙向門機上的應用

TheapplicationofSchneiderATV71seriesinverteronthe2×1600kNbidirectionalgantrycrane

水利部杭州機械設計研究所胡勝方厲紅婭龔平

摘要：本文主要介紹了雙吊點門式起重機起升機構的機械結構和電氣系統的特點，從硬件上闡述了施耐德ATV71系列變頻器在雙吊點門式起重機上實現負載平衡的方法，并列出了大致的調試步驟與主要調試參數，并針對負載平衡控制技術調試過程中出現的主要現象給出了具體的解決辦法。

關鍵詞：雙吊點；門式起重機；ATV71變頻器；負載平衡；解決辦法

1、引言

圖1ATV71系列變頻器

水電站用門式起重機主要用來起吊閘門,也可做其它的零星起吊工作。在進水口壩段用它起吊工作閘門、檢修閘門和攔污柵;在溢流壩段用它起吊溢洪道的工作閘門和檢修閘門;在壩后尾水管處用它起吊尾水閘門。當門機在起吊比較寬的閘門的時候，單吊點就不能滿足閘門啟閉要求，這時我們就要用到雙吊點結構型式的門機來起吊閘門。

我單位為烏干達伊辛巴水電站自主研發設計制造的2×1600kN雙向壩頂門機主要用于溢洪道表孔檢修閘門、溢洪道底孔事故檢修閘門和進水口檢修閘門的啟閉以及進口攔污柵、表孔弧門、進水口快速閘門的安裝及維護時的吊裝。

施耐德公司推出的ATV71系列變頻器采用了高性能磁通矢量控制，可實現高啟動轉矩和超低速運行，施耐德ATV71系列變頻器外形如圖1所示。本文主要介圖1ATV71系列變頻器

紹施耐德ATV71系列變頻器在雙吊點門式起重機上的負載平衡控制方案。

2、雙吊點門式起重機的特點

2.1機械結構特點

本門機起升機構為雙吊點，由兩套雙聯平行折線卷筒分別帶動一套起重吊具（動滑輪組）。每套卷筒經由一套開式齒輪副以及一臺硬齒面臥式減速器，各由一臺變頻電動機（QABP225S8A）驅動。兩套卷揚機構之間設有中間浮動軸，從而實現兩套起升機構剛性聯接，雙吊點同步，減速器、電動機之間采用齒輪聯軸器及浮動軸連接。

2.2電氣系統特點

由于此起升機構電氣控制系統中采用“一拖一”控制方案，即起升機構兩臺相同電機特性曲線的電機分別由兩臺相同變頻器單獨控制，兩臺起升電機通過浮動軸作為剛性連接，即兩臺起升電機速度保持同步。由于異步電機滑差的特性決定了在兩臺以上電機同時驅動一個剛性負載時，會發生負載分配不均的現象，嚴重的情況下甚至可能在輕負載狀態下發生一臺電機拖著另一臺電機工作，一臺電機處于電動狀態，一臺電機處于發電狀態的情況。在這種情況下，兩個電機速度同步已經由機械保證，如果采用兩個變頻器分別驅動兩臺電動機，則要求變頻器能提供力矩均衡控制。為了避免這種情況，使門機每個吊點的力矩均勻分配，本門機的起升機構采用負載平衡方式，調試較為簡單可靠。變頻器采用施耐德ATV71系列高性能矢量型變頻器，其硬件線路如下圖2所示：

圖2變頻器主回路原理圖

3、負載平衡的實現方法以及調試步驟

基于此臺設備中兩臺起升電機通過機械部分連接，二者速度相同，且每一個電機都由一個變頻器來控制，利用施耐德ATV71變頻器負載平衡功能，可用于提高兩臺電機間的轉矩分配，為此，基于轉矩來改變速度。

1#變頻器與2#變頻器均采用閉環矢量控制（開環控制也可以），1#變頻器和2#變頻器都使用同樣的速度給定，這個速度給定可以是模擬量，通訊或通過端子的預置速度，這里采用模擬量給定。這種方式在ATV71系列變頻器采用閉環方式后可實現高的速度精度和低速下的大轉矩輸出。ATV71變頻器負載平衡實現方法如下：

在設定變頻器的參數前，先分別進行電機自整定，自整定通過之后分別將相應參數下載到對應的變頻器中去即可。

負載平衡參數設置的方法：1#變頻器和2#變頻器參數基本設置為一致，負載平衡（LBA）都設置為YES，負載修正（LBC）則根據實際情況做相應調整，一旦LBC設置完畢后變頻器自身則會在這個范圍內做微調。負載修正（LBC）值一般調整的方法則是起吊一定比例的重物，觀察1#與2#變頻器輸出轉矩、電流等參數，如果1#與2#變頻器輸出轉矩或電流相差越大，相應的變頻器則報“負載不更隨”故障，這時則調小兩臺變頻器的負載修正（LBC）值直到兩變頻器輸出轉矩與輸出電流一致或相差不大即可。

4、主從調試主要參數

在設定變頻器的參數前，先分別進行電機自整定，自整定通過之后分別將相應參數下載到對應的變頻器中去即可，這里列出變頻器主要的負載平衡控制參數，見表1。

5、調試故障處理

5.1調試故障現象

門機起升機構通電后起升機構以一個恒定的低速和高速空載連續運行，負載修正（LBC）值設置為默認值，觀察兩臺起升電機各自變頻器輸出的電機轉矩，此時兩個起升變頻器輸出的轉矩最大相差2%、電機電流以及轉速基本一致，如果起升機構緊急加速時則表現出兩個電機發出“嗚嗚”的聲音，速度加速到設置值時，則電機聲音恢復成正常。起升機構慢慢加載25%、50%、75%、100%、125%額定負載后，觀察兩臺起升電機各自變頻器輸出的電機轉矩，發現兩臺電機轉矩差值慢慢的開始加大。負載加載到額定值的125%時，啟動起升機構以一個恒定的速度運行，剛開始兩臺變頻器各自運行正常，隨著連續運行時間的積累，兩臺電機轉矩差值慢慢在加大，差值超過一個范圍后，最后其中一個變頻器報“負載不跟隨”故障，此刻兩臺變頻器參數不做調整，將故障消除后起升機構通電啟動瞬間繼續報“負載不跟隨”故障。

5.2故障現象解決辦法

當出現以上故障現象后，按照表一設置兩個起升變頻器的主要參數。當以上變頻器主要參數設置完成后，啟動起升機構，在變頻器面板上選擇“1.2監視”，監視“電機轉矩”、“電機電流”、“電機速度”，先監視“電機轉矩”，在電機轉矩基本一致的情況下，再監視電機速度與電機電流。當此三個主要參數基本一致或者相差不大的時候，那負載平衡就調試成功了。當出現電機轉矩不一致的情侶況下，根據實際情況調整LBC負載修正值即可。調整完兩個起升變頻器的相應參數后，起升機構不管緩慢加速還是緊急加速或減速到設置值時，電機都正常運行。從該門式起重機的起升滿負載測試結果來看，兩個變頻器的穩態轉矩誤差在±2%以內，動態的跟蹤響應也比較理想。

6、結束語

經過精心的設計、工廠的測試、調試以及現場的檢測，施耐德ATV71系列變頻器負載更隨控制技術已成功地運用用在烏干達伊辛巴水電站2×1600kN雙吊點雙向門機上，門機現場安裝調試完后的總圖如圖3所示。經檢測，負載平衡控制技術調試簡單、實用、穩定、安全可靠，受到老外業主的一致好評，這也為今后起重機械這一方面的電氣控制技術的發展起到了拋磚引玉的作用。

圖3烏干達2×1600kN門機