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变频调速在浮吊电气控制系统中的应用

导读: 确定把plc与变频调速控制技术引入浮吊控制系统的技术改造方案,由于浮吊处于江边的囤船上,电气环境十分恶劣,船体随着江面晃动,湿度大、粉尘多、夏天气温很高、电源质量差等,上述因素导致很强的电气干扰,采取适当隔离措施以后,新系统终于开始正常工作。

1 引言

  重钢股份有限公司运输部四码头双十吨浮吊自1992年投入使用,为重钢生产作了重大贡献,是保证重钢生产得以持续进行的关键设备。但该浮吊原电气控制系统为继电器--接触器控制系统,采用的是普通绕线型异步电动机转子串电阻调速控制方式,调速性能差,在起停及调速过程中电气冲击很大,电气元件经常损坏,电机也常被烧,电工的维护和维修任务很重。同时,由于电气控制系统的缺陷,安全隐患多,机械磨损相当严重,如果不采用新的调速控制系统,浮吊面临提前报废的危险,将给正常生产带来不可估量的损失。

  在对浮吊电气控制系统的特点与难点准确把握的前提下,确定把plc与变频调速控制技术引入浮吊控制系统的技术改造方案,由于浮吊处于江边的囤船上,电气环境十分恶劣,船体随着江面晃动,湿度大、粉尘多、夏天气温很高、电源质量差等,上述因素导致很强的电气干扰,采取适当隔离措施以后,新系统终于开始正常工作。

  双十吨浮吊变频调速电气控制系统至今已投入运行1年多时间,统计数据表明,这是一个非常成功的技改项目,它不但挽救了一个濒临报废的重要生产设备,并且,在这一年中,浮吊的运输量不断地创造新纪录,直接带来了可观的经济效益。现将应用中有关问题作简要讨论。

2 浮式起重机全机构控制的最佳调速控制方式

  变频器是输出频率可改变的交流电力拖动控制设备。对交流电动机来说,其转速接近于由磁场旋转速度决定的同步转速,而同步转速是与电源频率成正比的,所以改变频率也即改变电动机同步转速来调速。在电源频率、磁场强度和转差率等影响交流异步电动机转速的诸因素中,电源频率是关键性的主导因素,改变频率调速方式的机械特性好,抗扰动能力强,能耗低,调速范围宽。因此,变频调速目前是交流异步电动机最完美的调速方式。

  异步电动机用变频器调速组成的调速系统,其控制方法可分为2大类:

  (1)是常规控制方式,以输出频率作为主控制量,输出电压作为频率的单值函数,并适当采取相关的补偿措施。由于缺乏有效控制磁通及力矩的手段,调速精度不高、力矩响应速度慢、低速力矩衰减明显,动态控制参数差。采取速度闭环措施后,可以明显提高稳态速度控制精度,但其他各项指标没有显著改进,只适合于调速要求不高,调速范围较小,不在极低速度下持续工作的场合。

  (2)是先进的控制方式,其基本特点是间接实现对于磁通及力矩的有效控制,保持磁通基本恒定以克服低速力矩衰减,控制力矩以改善动态调速性能。其中以矢量控制法和直接转矩控制法为代表,而目前应用最为普遍和成熟的是矢量控制。矢量控制原理是把异步电动机等效为经过变换的直流电动机模型,通过矢量变换将励磁电流和力矩电流分解开,分别实现算法控制,再将两种电流计算值进行矢量合成,实行统一输出,既可控制磁通,又可控制力矩,因而所得的控制效果可与直流电动机调速系统相媲美。

  异步电动机采用变频调速,可以很好的改善电气传动系统的调速性能及动态品质,实现有级平滑调速或无级调速,并且机械特性很硬,抗负载扰动能力强。还可以很好的解决起重设备各运动机构的运行平稳性问题,可任意设定各级速度及速度变化斜率,容易实现精确对位。利用变频器的低速力矩特性,可以很好地防止低速下的“溜钩”问题发生。在行车电机频繁起动及变速的工况下,利用变频器可以很好地节约能源。通过采用变频器控制,还可以很好地解决继电器—接触器控制系统极易发生的主回路触点粘连的严重问题,系统的可控制性、安全性及可靠性大幅度提高。

  在重钢双十吨浮吊驱动调速控制系统中,选用的是日本安川公司的616g5系列起重专用型变频器,这种品牌变频器能很好地适应起重领域对于变频器的要求,其速度稳定性好、低速力矩特性好、力矩响应快。它有可以由用户自由设定的开环v/f控制模式、闭环v/f控制模式、开环矢量控制模式及闭环矢量控制模式等共四种调速控制模式,其中前2种模式属于常规控制模式,性能略差但实现方便,没有特殊要求,而后两种模式属于先进控制模式,性能优越。它能够方便地利用其矢量控制性能,实现高精度高动态性能的速度控制,调速比高达1:1000,低速甚至零速时可达到150%额定力矩输出,还能够以多种特殊控制功能适应不同的控制要求,因此广泛地应用于起重行业。

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