变频调速起重机电气使用说明书

1、变频调速起重机 电气使用说明书编制 赵国庆审核批准上海雄风起重设备厂 2006 年 5 月敬请用户注意:在使用与维护本厂制造的变频调速起重机之前,请仔细阅读本电气使用说明书前 言变频调速技术是起重机调速系统最高成就,与起重机其他调速方式如涡流调速,转子斩波调速,能耗制动调速, 调压调速,直流调速相比,具有高得多的价格性能比。从 90年代起已经在国际上获得广泛应用。变频调速技术是应交流电机无极调速的需要而发展的。 20世纪 60年代后半期开始,电力电子器件从 SCR(晶闸 管 、 GTO(门极可关断晶闸管 、 BJT (双极型功率晶体管 、 MOSFET(金属氧化物场效应管 、 SIT (静电感

2、应晶体管 、 SITH (静电感应晶闸管 、 MCT(MOS控制晶体管 、 MCTH( MOS控制晶闸管 发展到今天的 IGBT (绝缘栅双极型晶 闸管 、 HVIGBT (耐高压绝缘栅双极型晶闸管 ,电力电子器件不断的推陈出新为变频调速技术提供了有利的条件。 变频调速起重机是随着大功率器件 IGBT 、矢量控制技术和 SPWM 调制技术的发明特别是 16位、 32位、 64位 微处理的应用而发展起来的最新调速系统。它具有比上述所有调速系统高得多的价格性能比,其主要技术性能指标 已完全达到直流调速系统的技术水平, 具有调速范围大, 调速比大于 1:100最大调速比可达到 1:1000, 起制动

3、平稳, 响应快, 容量大, 有多达 20多项保护控制功能, 具有与 PLC 联网、 监控, 全数字控制等先进功能, 系统的稳定性好, 可靠性高,由于接入电动机定子的动力电源是直接经过绝缘栅双极型晶闸管控制的 , 不需要正反机械连锁接触器 , 不象 交流接触器通断电源那样主触点开闭时有电弧燃烧现象;机械传动装置使用笼型电机拖动,电动机转子回路无外接 电阻,因此电机维护方便,且允许起重机长时低速运行等一系列优点。目前国内外早已将变频调速广泛的应用于调速系统上,但起重机由于其起升机构的位能性负载(重载下降 电动机处于发电状态的特殊性,一段时间来,变频调速只用于起重机的运行机构上。随着最近几年变频技术

4、的飞 速发展,全变频调速起重机才获得了推广,国外许多公司近年来相继推出了各自的新产品,并成功的应用于各类起 重机上。我厂于 94年开始将变频调速应用于起重机的运行机构上,于 96年开始将变频调速应用于起重机的起升机 构上,获得了成功,填补了国内空白,其总体技术性能达到国际先进,国内领先的水平。目前,起重机的变频调速已广泛应用于各类电气拖动系统的产品上,且已标准化,系统化,全面推向用户,小 到 0.5t 的电动单梁起重机,大到 1200t 起重机。我厂到 99年 11月,已生产全变频调速起重机 150多台, (包括 200t 龙门起重机 。解决了许多国家重点工程中对调速起重机的需求,替代进口,节

5、约大量的外汇,有着显著的经济效益 和社会效益。我厂在变频调速起重机上使用的变频调速器以日本安川 (Y ASKAWA 的为多, 因为目前在诸多变频器中安川变 频器在价格性能比最优,当用户指定使用西门子公司和 ABB 公司的变频器时,我厂也可以满足用户的要求,不过同 功率、同性能的变频器目前西门子和 ABB 公司的价格要比 Y ASKAW A 贵一些。随着我国改革开放,国外先进技术不断进入我国,大量的大型精密设备的安装,调试,先进工艺的生产过程都 要求有调速性能优良的调速起重机。为了将我国的调速起重机的技术水平达到国际先进水平,以适应国内时常的需 要,我厂自行研制开发了 5250t变频调速起重机系

6、列产品。下面就起重机常用四种调速方案作简要比较。涡流调速具有调速比适中,性能稳定、可靠,对晶闸管容器要求低的特点,但它要求有笨重的涡流制动器,因 而大大增加了调速系统的转动惯量,这对调速系统是很不利的,同时调速过程中产生的转差功率消耗在系统器件上, 故不能长期低速运行。另外对机构的布置也带来一定的困难。晶闸管定子调压调速目前在国际上是很成熟的产品,它具有四象限工作范围,调速性能良好,但调速范围最大 只能达到 1:20,且调速过程中产生转差功率部分消耗在系统器件上,调速器的价格又较高。国外产品有西门子SIMOTRAS HE 、 ABB 的 ASTAT 系列、 TE 公司的 STATOVER 系列

7、、 KONE 公司的 ACE 系列。现已逐步被变频调 速所取代。直流调速具有优良的性能,先进的直流调速系统如法国 TE 公司的 RTV84及美国 GE 公司的 DC300系列、西门 子的 6RA24系列、具有调速范围大,起制动平稳,响应快,容量大等一系列优点。但由于直流电机价格较贵,且维 修不便。电控部分的价格较高,现已逐步被变频调速多取代。起重机变频调速具有比上述所有调速系统高得多的价格性能比,其主要技术性能指标已达到直流调速系统技术 水平、具有调速范围大,速比可大于 1:1000,起制动平稳,响应快,容量大,有多达 20多项保护控制功能系统, 具有与 PLC 联网、监控,全数字控制等先进功

8、能,稳定性好,可靠性高,易于维护,允许长期低速允许等一系列优 点,近两年来被国内外所广泛采用。下表是起重机主要四种调速方案主要性能及价格比较表,从表中可见,起重机变频调速具有最好的价格性能比。 第一章 , 起重机变频调速系统的工作原理由于拖动电机采用变频器调速具有启制动平稳,对机械机构冲击小等优点,目前,变频调速系统已逐渐成为电 气调速传动的主流,即使在大型、高精度、快响应的调速系统中,直流电机调速系统也有逐步被变频调速系统取代 的趋势。在起重机调速领域,起重机变频调速系统具有比其它调速系统高得多的价格性能比,必将成为起重机调速 系统的主流。起重机由于其起升机构的位能性负载的特殊性,过去一段时

9、间以来,变频调速只用于起重机的运行机 构上。随着最近几年变频技术的飞速发展,全变频调速起重机才获得了推广,国外许多公司近年来相继推出了各自的新产品。我们于 96年开始将变频调速应用于起重机的起升机构上,获得了成功,填补了国内空白,其总体技术性 能达到国际先进,国内领先的水平。1. 变频调速之所以发展如此迅速,与如下一些关键性技术的突破有关。1.1电力电子器件制造技术发展近年来,高速开关绝缘栅双极型晶体管 IGBT 的应用,提高了电源开关频率,极大地改善了电源输出波形, 提高 了系统功率因数。 降低了变频容量的配置及系统成本, 使变频器大规模推广使用成为可能。 目前 IGBT 单只最大电流 可达

10、 1000A 以上,电压在 1200V 以上。1.2 变频装置的高性能早期的变频调速系统基本上采用 V/F控制方式在改变电动机电源频率的同时改变电动机电源的电压,使电 动机的磁通保持一定,调速范围较宽,无法得到快速的转矩响应,低速特性较差。随着“矢量控制”磁场定向 控制技术的应用,改变了过去传统方式中仅对交流电流的量值进行控制的方法,实现了在控制量值的同时也控制其 相位的新的控制思想,使用坐标变换的方法,实现定子电流的磁场分量与转矩分量的解藕控制,可以使交流电机像 直流电机一样具有良好的调速性能。 YASKAWA G7 系列变频器采用世界领先技术的“ 3电平控制方式”是真正的电 流失量控制系统

11、,这一直接转矩控制技术的发明,使变频调速系统的性能有了进一步的提高。1.3 SPWM 冲宽度调制技术的应用SPWM 技术伴随着自关断技术的发展而发展起来的,它可以改善变频器的输出波形,降低谐波,减少脉动转距,简 化了变频器的结构,加快调节速度,提高了系统的动态响应性能。1.4 全数字控制技术的应用变频调速系统是一种全数字控制系统,其特点如下:(1高精度。特别是在变频器中使用了 16位至 64位处理 器,系统精度大为提高; (2稳定性好。由于控制信息为数字型式,故不易随时间和温度发生变化; (3可靠性高。 由于采用大规模集成电路,系统中硬件电路数量减少,相应的故障率大大降低。 (4灵活性好。系统

12、中硬件向标准 化、集成化方向发展; (5存储力强。存储容量大,存放时间几乎不受限制,故可在存储器中存放大量数据和表格。 利用查表法简化计算,提高运算速度。 (6逻辑运算能力强。实现自诊断、故障记录、故障搜索等功能,使变频器 的可靠性,可使用性,免维修性大大提高。2. 起重机变频调速的工作原理及其工作状态2.1 变频调速的简单原理在交流异步电动机诸多调速方法中,变频调速的性能最好。调速范围大,静态稳定性好,运行效率高。采用通 用变频器对三相笼型异步电动机进行调速控制,由于使用方便、可靠性高且经济效益显著,现已被大量的应用于各 种调速系统中。2.1.1 变频调速的基本控制方式异步电动机的同步转速,

13、即旋转磁场的转速为n 1=60f1/np式中 n 1同步转速(r/min ;f 1定子频率(HZ ;n p 磁极对数。而异步电动机的轴转数为:n= n1(l-s =60f1/np (l-s 式中 s 异步电动机的转差率, s=(n 1 n / n1。改变异步电动机的供电频率,可以改变其同步转速,实现调速 运行。对异步电动机进行调速控制时,希望电动机的主磁通保持额定值不变。磁通太弱,铁心利用不充分,同样的转 子电流下,电磁转距小,电动机的负载能力下降;磁通太强,则处于过励磁状态。使励磁电流过大,这就限制了定 子电流的负载分量,为使电动机不过热,负载能力也要下降。异步电动机的气隙磁通(主磁通是定、

14、转子合成磁 动势产生的,下面说明怎样才能使气隙磁通保持恒定。由电机理论知道 , 三相异步电动机定子每相电动势的有效值为E 1=4.44f1N 1m式中 E1 定子每相由气隙磁通感应的电动势的方均根值 (V;f 1 定子频率 (Hz;N 1 定子相绕组有效匝数; m 每级磁通量(Wb 。由于式可见, m 的值是有 E 1和 f 1共同决定的, 对 E 1和 f 1进行适当的控制, 就可以使气隙磁通 m 保持额定值不变。 下面分两种情况说明:(1基频以下的恒磁通变频调速 这是考虑从基频(电机额定频率 f 1N 向下调速的情况。为了保持电动机的负载 能力,应保持气隙主磁通 m 不变,这就要求降低供电

15、频率的同时降低感应电动势,保持 E 1/f=常数,即保持电动势 与频率之比为常数进行控制。这种控制又称为恒磁通变频调速,属于恒转矩调速方式。但是, E 1难于直接检测和直接控制。当 E 1和 f 1的值较高时,定子的漏阻抗压降相对比较小,如忽略不计,则可 以近似地保持定子相电压 U 1和频率 f 1的比值为常数,即认为 U 1= E1, 保持 U 1/ f 1=常数即可。这就是恒压频比控制方 式,是近似的恒磁通控制。当频率较低时, U 1和 E 1都变小定子漏阻抗压(主要是定子电压降 不能再忽略。这种情况下,可以人为地 适当提高定子电压以补偿定子电阻压降的影响,使气隙磁通基本保持不变。 如图

16、1所示,其中 1为 U 1/ f1=C时 的电压、频率关系, 2为有电压补偿 时(近似的 E 1/f1=C的电压、频率关系。实际装置中 U 1与 f 1的函数 1关系并不简单的如曲线 2所示。 通用变频器中 U 1与 f 1之间的函数关系有很多种, 可以根据负载性质和运行状况 加以选择。(2 基频以上的弱磁变频调速 这是考虑由基频开始向上调速的情况。 频率由额定值 f 1N 向上增大, 但电压 U 1受额 定电压 U 1N 的限制不能再升高,只能保持 U 1= U1N 不变。必然会使主磁通随着 f 1的上升而减小,相对于直流电动机 弱磁调速的情况,属于近似的恒功率调速方式 m ,U 1 上述两

17、种情况综合起来, 异步电动机变频调速的 基本控制方式如图 2所示。由上面的讨论可知,异 步电动机的变频调速必须按照一定的规律同时改变其定 1N 1子电压和频率, 图 2异步电动机变频调速时控制特性即必须通过变频装置获得电压频率均可调节的供电电源,实现所谓的 VVVF (Variable Voltage Variable frequency调 速控制。通用变频器可适应这种异步机变频调速的基本要求。用 VVVF 变频器对异步电动机机械变频控制时的机械特性如图 3所示。图 3表示在 U 1/f1=C的条件下得到的机 械特性。 T图 3异步机变频调速的机械特性 a U1/ f1=C b E1/f1=C

18、 c U1与 f 1间的关系在低速区由于定子电阻压降的影响使机械特性向左移动,这是由于主磁通减小的缘故。图 3表示采用了定子电 压补偿是的机械特性。图 3则示出了端电压补偿的 U 1与 f 1之间的函数关系。2.1.2 变频器的基本构成变频器分为交 交和交 直 交两种形式。交 交变频器可将工频交流直接变换成频率、电压均可控制的交流, 又称直接式变频器。而交 直 交变频器则是先把工频交流通过整流器变成直流,然后再把直流变换成频率、电压 均可控制的交流,又称间接式变频器。我们主要研究交 直 交变频器,以下简称变频器。变频器的基本构成如图 4所示,由诸回路(包括整流器、中间直流环节、逆变器和控制回路

19、组成,分述如下:网侧交流器 I 中间直流环节 III 负载变流器 II图 4变频器的基本构成(1整流器 电网侧的交流器 I 是整流器,它的作用是把三相(也可以是单相交流整流成直流。(2逆变器 负载侧的变流器 II 为逆变器。最常见的结构形式是利用六个半导体主开关器件组成的三相桥式 逆变电路。有规律地控制逆变器中主开关的通与断,可以得到任意频率的三相交流输出。(3中间直流环节 由于逆变器的负载为异步电动机,属于感性负载。无论电动机处于电动或发电制动状态, 其功能因数总不会为 1。 因此, 在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。 这种无功能量要靠中间直流环 节的储能元件(电容器或电抗器来

20、缓冲。所以又常称中间直流环节为中间直流储能环节。(4控制电路 控制电路常由运算电路、检测电路、控制信号的输入、输出电路和驱动电路等构成。其主要 任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等。控制方法可以采用模拟控制或数 字控制。高性能的变频器目前已经采用微型计算机进行全数字控制,采用尽可能简单的硬件电路,主要靠软件来完 成各种功能。2.2 起重机变频调速系统中电动机的几种调速方式通常情况下,电力拖动系统电动机有恒磁通调速方式、恒功率调速方式、恒电流调速方式三种。其力矩曲线见 图 5。 M2.3起重机变频调速中电动机的几种控制方式起重机变频调速中电动机的常用的控制方式有

21、开环 U/F控制方式,开环矢量控制方式,和闭环 U/F控制方 式、闭环矢量控制方式。U/f控制模式有称作 VVVF 控制方式,变频器输出的电压 U 和频率 F 是由储存在变频器内的由软件可选的 U/F发生器决定的。当负载变化时,在频率 f 不变的条件下,电机的实际转速将随负载转矩的变化而变化。常用 于速度要求不十分严格或负载变动较小的场合,如起重机平移机构。此外,在开环情况下的 U/f控制模式,可 以实现一台变频器同时驱动多台电机,这也是它的一个优点。这种控制方式通常用于大车运行机构多电机的驱 动。矢量控制技术是将过去传统方式中仅对交流电量的量值(电压、电流、频率的量值进行控制的方式,改 进为

22、在控制量值的同时也控制其 3个电流相位和将其变换为 2相电流的新的控制思想,其作法是将异步电动机 在三相坐标系下的定子交流电流 Ia 、 Ib 、 Ic, 通过三相二相变换, 等效成两相静止坐标系下的交流电流 Ia1,Ib1变换, 在通过按转子磁场定向旋转变化, 等效成同步旋转坐标系下的直流电流 Im1,It1( Im1相当于直流电动机的 励磁电流; It1相当于直流电动机的电枢电流 ,然后模仿直流电动机的控制方法,求得直流电动机的控制量,通 过相应的坐标反变换,实现对异步电动机的控制。使用坐标变换的方法,实现异步电动机定子电流的磁场分量 和转矩分量的解耦控制,可以使交流电动机象直流电动机一样

23、具有良好的调速性能。具有优良的调速性能和机 械特性,这种控制方式通常用于单电机拖动的机构如起升机构的驱动。2.4 起重机变频调速中电动机的几种制动方式。起重机变频调速中电动机的常用的制动方式有:2.4.1 主令控制器回零后,电机自由滑行一段时间(其量值可设置 ,然后制动器抱闸制动,这种制动状态常常 由于机构的惯性电动机还在快速旋转时制动器就闭合,这对传动机构冲击较大;2.4.2 主令控制器回零后,变频器给电机送入一定的直流电(其量可设置 ,使电机工作在直流制动状态,当电 机速度下降到一定的值(其量可设置 ,制动器抱闸制动。这种制动状态,由于制动能量消耗在电机上,故不宜使用 在频繁的场合。2.4

24、.3主令控制器回零后,使电机处于发电制动状态,当电机速度下降到一定的值(其量可设置 ,制动器抱闸制 动。这种制动状态,由于制动能量主要消耗在与变频器连接的电阻上,电路简单可靠,对电网没有污染,故用得较 多,起升机构皆使用这种方式,运行机构也都使用这种方式。3. 我厂使用变频器调速起重机主要技术指标3.1输入电压:三相 380V 或 400V (+10% -15% ,交流 50HZ 或 60HZ3.2最大输出电压:三相 380V 或 400V3.3控制电机容量 0.4300KW3.4调速范围:1:10,最大 1:2003.5机械特性硬度:优于 0.2%3.6控制方式:a. 驾操主令控制器控制方式

25、在起重机上控制;b. 无线遥控器控制方式在地面控制;c. 有线地操控制方式在地面控制 ;d. 驾操主令控制器 +无线遥控器控制方式 ;f .有线地操控制 +无线遥控器控制方式 ;3.7速度整定:对 4档速度设定的,出厂设置为 10%、 25%、 50%、 100%的额定速度;对 5档速度设定的,出厂 设置为 10%、 20%、 40%、 60%、 100%的额定速度;当合同有要求时,按合同要求设定。3.8保护功能我厂生产变频调速起重机具有多种保护功能:1. 电机过载保护 2. 变频器过电流保护 3. 欠电压保护 4. 失速保护 5. 超速保护 6. 限位开关区域运行保护 7. 短路保护 8.

26、缺相保护 9. 制动单元过热保护 10. 制动电阻过热保护 11. 脉冲编码器断线保护 12. 松刹确认保护 我厂生产的变频调速起重机,主要采用日本安川(Y ASKAW A 616G5系列(过去和 616G7系列(现在原 装进口变频器,西门子的 6ES70/6ES71系列变频器, ABB 的 ACS600/ACS800系列变频器。3.9起重机变频调速原理说明3.9.1起升机构变频调速原理说明起升机构原理图见随机资料,由通用的下图可见,起升系统使用全矢量闭环控制方式。图中 1NV-S 为起升用变 频器, PG 为脉冲编码器, M1为起升变频电机, MF 为变频电动机的冷却风机, Y1、 Y2为制

27、动器, US1(、 US2、 U3S 为制动单元, RS1、 RS2、 RS3为制动电阻器。变频器内的 PGB2卡用于带脉冲编码器反馈的闭环控制系统。电源电压由断路器 Q1S ,经主电源接触器 K300,进线侧电抗器 LS(选用件,大容量变频器不用 送入变频器。原 理图中 PLC 为可编程序控制器(三菱、欧姆龙居多 ,其输入部分来自主令控制器 S41,限位信号、保护信号以及变 频器输出的反馈信号,包括力矩信号、零速信号、超速信号、故障信号,从而进行逻辑运算和控制。 PLC 的输出部 分,一方面作为变频器的输入,使变频器按主令的速度要求工作,另一方面控制相关的继电器工作,使变频器调速 系统的主接

28、触器,制动器及起升电机冷风机(如有配置正常工作。S41(图中未画为主令控制器采用 4-0-4控制方式,其速度分别为 10%、 20%、 50%、 100%的额定速度。 变频调速起重机起升机构电气原理图其中 SF7(图中未画为超载限制器, S91、 S92(图中未画分别为升降限位, S93、 S94(图中未画为预限位, 当预限位起作用时,起升机构以 10%的额定速度运行。如系统中不设 S93、 S94预限位时,则可将其连接端短接。 当吊钩重载下降时,电机处于发电制动状态,这部分能量由变频器的逆变器转入中间储能环节,当储能电容二 端电压升至允许的最高电压时(400V 级变频器为 720V760V

29、,制动单元被激活。这部分能量由变频器经制动单元 US1(、 US2、 US3 ,由制动电阻 RS1、 RS2、 RS3以发热的形式消耗,对大容量变频器驱动的大功率电动机,往往 需要配置多个制动单元和制动电阻器,以释放其制动能量。 US1的 5、 6二端分别与 US2的 1、 2端相连接,使二个 制动单元同时工作,避免由一只制动单元独立承担全部释放能量而损坏制动单元; 选用二个以上的制动单元时,第 一个制动单元 US1的主从控制选择端子应该选择在主控(MARSTER 位置,其他几个(US2、 US3的主从控制 选择端子应该选择在从控(SLAVE 位置 。制动单元的 3、 4端为其温度控制触点,并

30、作为 PLC 的输入信号,当制动单元过热时,为不让电阻器烧断,变频调速系统会暂时停止工作。3.9.2 平移机构变频调速原理说明对平移机构进行变频调速时, 其变频器控制的电机数量视驱动平移机构的电机数量而定。 变频器采用 U/f控制模 式,用一台变频器可同时控制多台电机同时工作,可以控制 1只电机,也可以同时控制 2只、 4只或 8只电机。下图 为通用的四电机驱动的运行机构电气原理图, 图中 1ND-D 为变频器, MD1MD4为驱动电机, FD1FD4为热继电器, UD1为制动单元, RD 为制动电阻, K507(图中未画为制动单元过热继电器。 S43(图中未画为速度主令控制器, S91、 S

31、92(图中未画为正反方向限位, S93、 S94(图中未画为预限位,若不设预限位,则可将连接 S93、 S94的端子短接即可。主令控制器 S43采用 4-0-4方式,其速度出厂设定为 15%、 30%、 50%、 100%的额定速度,变频器的 9、 10端为 零速接点输出,零速频率的设定可以由软件设置,其设定范围为 010HZ。当运行速度由高速转向低速或回零时,电 机将处在发电制动状态,这部分能量由变频器的逆变器转入中间储能环节,使储能电容二端的电压升高,当该电压 达到所允许的最高电压时,制动单元被激活,其能量通过制动单元经电阻器发热消耗掉,运行机构制动减速。当运 行速度降至设定的零速频率时(

32、设置的零速频率应低于系统设定的最低工作频率 ,变频器的 9、 10端闭合,继电 K506吸合,接触器 K7释放,制动器抱闸,以保证停车的平稳。图中制动单元的连接方式与起升机构相同。 平移机构变频调速原理图当运行机构停止工作时,断电延时继电器 K520(图中未画和接触器 K6D (图中未画延时释放,使驱动电机 的冷却风机继续运行一段时间,以加强对驱动电机的冷却。考虑到变频器同时控制四只电动机,而变频器的过流保护是针对其工作的总电流的,为了保护每个电机,防止过热,故每个电机都独立使用一个热继电器,它的触点可串入相应的变频器控制回路,当电机过热时,热继电器动 作,变频器的控制端立即封锁,变频器无输出

33、,大车电动机全部断电。4. 我厂变频调速起重机研制过程及现状4.1在我厂变频调速起重机研制开始于 1995年,变频器是变频调速的关键部件,为此对它进行了大量的调研工作。由于市场上进口 及国产变频器种类繁多,适配情况不一,加之起重机本身的特殊性能要求,因此选用适合于起重机使用的变频器尤为重要。对于起重机而言,要求起动力矩大,低速时也能保持恒定。起、制动平稳,安全,可靠。由于起重机加、减速频繁,正反转频度高。 另外,起重机的操作也有其特定的方式,使用的工业条件比较恶劣。变频器安装在起重机上,随起重机的运行而处于动态运动之中,这 些状况对变频器提出较高的要求。对变频的选用,我们从以下几方面着手:选择

34、适合起重机工作特点的, 具有大于 150%的高起动转矩高制动转矩能力, 能承受 +10%-15%电源电压波动, 能在小于 5%二相不 平衡电网中正常工作, 能承受环境温度不小于 45的适宜于频繁起制动的变频器, 并就符合上述要求的变频器进行广泛的用户调研, 确 认其现场使用的可靠程度。对初步入选的变频器供应商分别约请他们进行商谈, 以了解他们在中国的业绩, 技术支持能力, 维修服务能力, 价格及售后服务等。 对合适的变频器进行试运行。将变频器装在我厂的一台起重机上进行试验性运行,以取得一定的经验,然后投入产品的试制阶段。 产品的试制分两步进行。第一步先将变频器用于运行机构上。由于起重机的运行机

35、构主要表现为阻力性负载,故在运行机构上采用 v/f控制方式,即可变电 压,可变频率控制方式,使用制动单元及制动电阻作为运行机构制动时的能量释放回路。经上海嘉日钢板有限公司、上海美坚钢结构厂 等几个月的工业运行,最后我们决定选用安川变频器作为首选产品。在上述工作中同时取得了在起重机平移机构使用变频器的经验。 第二步,着手进行起重机起升机构变频调速的试验工作。由于起升机构属位能性负载,其重载下降时的能量必须认真对待,对该能 量,一般有二种处理方法,一是反馈电网,但系统成本将大大提高;二是通过制动单元和制动电阻消耗掉。除了正确设置变频器的相关 数据以外,正确计算电阻的功率、放电电流,正确的选用电缆也

36、是至关重要的。为此,首先在我厂 50/20t起重机的起升机构作变频调速 试验,并测试了大量的数据。在厂内起重机工业性运行试验的基础上,我厂又对最初投入的大吨位全变频 125t/75t起重机再作类似上述的试验,并采用变频电机 作为驱动电机,以取得大吨位起重机变频调速的经验,获得了成功。在制造过程中,从图纸设计,外购件选定,元器件筛选等都严格把关。进行正确选用变频器,正确选用电机,正确使用、配置外部设备的研究,以便获得最佳选用值,既保证可靠性,又降低成本。切实 保证系统的可靠性。实施效果:上述试验表明,起重机使用全变频调速控制,性能良好,调速比达到 1:100;特性硬度 0.2%;且节电效果明显,

37、节电 率达 50%。在厂内起重机工业性运行 6个月无故障运行以后,全变频调速起重机才推向用户,该技术的研制成功,填补了国内空白,其总体技 术性能达到国际先进,国内领先的水平。在取得上述经验的基础上, 97年我厂将全变频调速起重机全面推向市场,并完成了 5250t 变频调速起重机的系列设计工作。 4.2 由于市场上的变频器为通用变频器, 而起重机由于其特殊的使用条件和工况, 特别是位能性负载和反复短时工作制的情况, 为 此必须对许多问题进行计算和研究。在产品研制中,我们解决了如下变频器用于起重机各机构进行调速后的一系列问题。4.2.1对变频器用于起重机各机构进行调速后对起重机总体性能的研究及正确

38、设置参数对系统性能的影响。4.2.2 变频器用于起重机的适用范围及环境条件。对不同工作制,不同接电持续率的起重机如何选用变频电机与电机制造厂作了深入的探讨、计算和研究,以满足系统的要求。 4.2.3 起重机变频调速后对于不同工作制,不同接电持续率不同机构所选用的电机,就如何合理选用变频器和制动器的容量提出计 算公式。4.2.4对不同工作制所选用的电机,选配适当的变频器进行了计算和研究,并通过工业运行予以证实。4.2.5起重机各机构,特别是起升机构使用变频调速后反馈能量的处理,耗能电阻的功率,阻值的计算及其对系统的影响。4.2.6起重机各机构中多电机驱动工况下变频器的工作状态和其容量的正确计算。

39、4.2.7对使用变频调速后的动力电缆的选用进行讨论与论证,并提出一套完整的电缆选用方法。4.2.8对起重机使用变频调速后,电网与变频装置的相互影响,浪涌电流及高次谐波的影响进行研究,并采取相应的措施予以解决。 4.2.9对变频遥控起重机的变频调速系统与遥控器之间的可能产生相互干扰的情况进行工业运行试验, 以了解其相互之间的影响, 采 取措施予以解决。4.2.10完成了 5250t 变频调速起重机的系列化设计工作。4.2.11对有关技术人员、调试维修人员进行系列技术培训。使我厂变频起重机在设计、制造、施工、出厂调试、现场调试、售后服 务等方面形成全面的质量管理体系,为我厂变频调速起重机的产品质量

40、提供了可靠的保证。我厂现已生产全变频调速起重机 150多台(包括 200t 龙门起重机 。解决了许多国家重点工程中对调速起重机的需求,替代进口, 节约了大量的外汇,有着显著的经济效益和社会效益。我厂的全变频调速起重机系列处国际先进,国内领先水平,获 1997年上海市优秀产品成功二等奖,被上海经委列入 1997年市级新 产品,并被国家经委列入 1998年国家级重点新产品。5 Y ASKAW G7系列变频器采用无 PG 矢量控制系统在起升机构上的应用5.1 由于脉冲编码器抗震动能力较差, 双绞屏蔽软线也容易破损,这就给带 PG-脉冲编码器会给设备调试和维修 都带来一定的麻烦,为了解决这个问题,我厂

41、又推出了无 PG 的矢量控制系统;5.2 经过在黄石电厂两台 75t/20t、杭州汽轮机厂 20t/5t桥式起重机的实践,证明了无 PG 矢量控制系统可以用在 工作状况不是特别频繁的场合。第二章 , 变频调速起重机的操作与维护1,变频调速起重机的操作使用注意事项:1.1,变频调速各个机构的运行指令是通过变频器中的 CUP 控制的, CPU 执行驾驶员发出的指令是不折不扣的, 先发出的指令先执行,后发出的指令后执行,服从档位清晰的指令,不服从档位混乱的操作;1.2,驾驶员控制变频调速起重机时必须一档一档的发出控制指令,从最高档回到最低档和零位时必须一档一档 的操作 , 这是因为:1.2.1, 当

42、起升吊着重物下降时 , 电动机工作在发电机状态 , 这时变频器一方面从电网获取一定量的电源 , 另一方面又 要吸收从电动机回馈过来的电能 ;1.2.2, 所以 , 下降过程中特别当主副钩吊着重物运行在快速下降的时候 , 如果驾驶员将主副钩控制主令手柄快速拉 回零位 , 电动机快速减速时产生的大量的动能将转换为电能转移到变频器的储能单元中,当储能单元无法迅速转移这 些电能时, 变频器的直流母线电压会迅速升高 , 同时将制动单元的可控硅导通 , 向电阻器放电 , 将多余的能量消耗在电阻 器上,如果放电的速度赶不上直流母线电压回升的速度 , 变频器会报“ OV ”故障,自动关断变频器输入端的双向可控

43、 硅 , 动力电源无法进入变频器,变频器的直流母线在慢慢的向电阻器放电 , 约 2分钟以后 , 您才能重新启动变频器工作; 1.2.3, 为了使变频起重机能够正常工作 , 主副钩在下降过程中, 特别当主副钩吊着重物运行在快速下降的时候 , 驾驶 员应将主副钩控制主令手柄逐档慢速回零位 , 在快到吊点时 , 尽量应用慢速档 (第 1档 定位 , 这样 , 电动机减速时会只有 少量的动能转换为电能转移到变频器中 , 变频器的直流母线电压回升速度较慢 , 通过制动单元的可控硅向电阻器转移 的电能完全能消耗在电阻器的发热过程中 , 这样,放电的速度要比直流母线电压回升的速度快 , 变频器不会报“ OV

44、 ” 故障,变频器就可以正常的工作;1.3,不要打反车,需要变频起重机某个正在运行的机构反向运行,必须让这个机构的控制指令先打到第一档减速到最低速度后再回零停车,当机构还未停止时就发出反向运行指令, CPU 不但不会执行,而且还会报" OV "的故 障显示,所以请驾驶员在操作大车变频调速的起重机运行机构时,不要用直接打反车的方法停车;1.4,在通用的变频调速起重机的参数设置中 , 加速度时间参数 C1-1的设定数值 (秒 表明了该机构 从零速加速到 最高速所需要的时间 , 减速度时间参数 C1-2的设定数值 (秒 表明了该机构 从最高速减速到零时所需要的时间 ,1.4.1,

45、 大车运行电机的加减速时间通常设定为 5秒钟左右 , 也就是说 , 当驾驶员将大车运行主令一下子从零位打到 第 4档 , 要经过 5秒钟时间以后 , 大车运行速度才可以从零加快到最快速 (假设是 50米 /分的速度 , 当驾驶员将大车运行 主令一下子从第 4档打到零位 , 要经过 5秒钟时间以后 , 大车运行速度才可以从最快速 (假设是 50米 /分 减速到零 ; 如果 起重机的大车还在半速 (第 3档, 假设是 25米 /分的速度 运行时驾驶员就将大车主令手柄回零 , 则大车只要经过 2秒 半就会停止 , 如果起重机的大车在低速 (第 1档,假设是 5米 /分 运行时驾驶员就将大车主令手柄回

46、零 , 则大车只要 经过 1秒就会停止 ;1.4.2, 小车运行电机的加减速时间通常设定为 3秒钟左右 , 也就是说 , 当驾驶员将小车运行主令一下子从零位打到 第 4档 , 要经过 3秒钟时间以后 , 小车运行速度才可以从零加快到最快速 (假设是 30米 /分的速度 , 当驾驶员将小车运行 主令一下子从第 4档打到零位 , 要经过 3秒钟时间以后 , 小车运行速度才可以从最快速 (假设是 30米 /分 减速到零 ; 如果 起重机的小车还在半速 (第 3档, 假设是 15米 /分的速度 运行时驾驶员就将小车主令手柄回零 , 则小车只要经过 1秒 半就会停止 , 如果起重机的小车在低速 (第 1

47、档,假设是 3米 /分 运行时驾驶员就将小车主令手柄回零 , 则小车只要 经过 0.6秒就会停止 ;1.4.3, 主起升机构电动机的加减速时间通常设定为 1秒钟左右 , 也就是说 , 当驾驶员将主钩主令一下子从零位打到 第 4档 , 要经过 1秒钟时间以后 , 主钩上下速度才可以从零加快到最快速 (假设是 8米 /分的速度 , 当驾驶员将主钩主令 一下子从第 4档打到零位 , 要经过 1秒钟时间以后 , 主钩才可以从最快速 (假设是 8米 /分的速度 减速到零 ; 如果起重机 的主钩还在半速 (第 3档 -假设是 4米 /分的速度 运行时驾驶员就将主钩主令手柄回零 , 则主钩只要经过半秒钟就会

48、停 止 , 如果起重机的主钩在低速速 (第 1档假设是 0.8米 /分的速度 运行时驾驶员就将主钩主令手柄回零 , 则主钩只要 经过 0.2秒就会停止 ; 由此可知,重物下放时将主钩主令从快速档直接回零时,不免会产生溜钩现象;要避免溜钩现 象的产生,驾驶员在吊重物需要定位时必须在定位点前已经将主令手柄打在低速档了,不能用主钩主令控制手柄在 快速档位快速回零的操作方法停止快速上下的主钩(这只能在紧急状况下进行 。1.4.4, 副起升机构电动机的加减速时间通常设定为 1秒钟左右 , 也就是说 , 当驾驶员将副钩主令一下子从零位打到 第 4档 , 要经过 1秒钟时间以后 , 副钩上下速度才可以从零加快到最快速 (假设是 12米 /分的速度 , 当驾驶员将副钩主令 一下子从第 4档打到零位 , 要经过 1秒钟时间以后 , 主副钩才可以从最快速 (第 4档 , 假设是 12米 /分的速度 减速到零 ; 但是 , 如果起重机的副钩还在半速 (第 3档