臺(tái)達(dá)VE系列變頻器在橋式起重機(jī)上的應(yīng)用

 
        橋式起重機(jī)是橋架在高架軌道上運(yùn)行的一種橋架型起重機(jī)，俗稱(chēng)天車(chē)，廣泛地應(yīng)用在室內(nèi)外倉(cāng)庫(kù)、廠房、碼頭和露天貯料場(chǎng)等處。普通橋式起重機(jī)一般由起重小車(chē)、橋架運(yùn)行機(jī)構(gòu)、橋架金屬結(jié)構(gòu)組成。起重小車(chē)又由起升機(jī)構(gòu)、小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)和小車(chē)架三部分組成，參見(jiàn)圖1。

        起重機(jī)電動(dòng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)為集中驅(qū)動(dòng)，即用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)長(zhǎng)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)兩邊的主動(dòng)車(chē)輪；另一類(lèi)為獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，即兩邊的主動(dòng)車(chē)輪各用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。中小型橋式起重機(jī)較多采用制動(dòng)器、減速器和電動(dòng)機(jī)組合成一體的“三合一”驅(qū)動(dòng)方式，大起重量的普通橋式起重機(jī)為便于安裝和調(diào)整，驅(qū)動(dòng)裝置常采用萬(wàn)向聯(lián)軸器。

        電動(dòng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)由三個(gè)基本獨(dú)立的拖動(dòng)系統(tǒng)組成。①大車(chē)拖動(dòng)系統(tǒng)：拖動(dòng)整臺(tái)起重機(jī)順著車(chē)間做“橫向”運(yùn)動(dòng)（以操作者的坐向?yàn)闇?zhǔn)）。②小車(chē)拖動(dòng)系統(tǒng)：拖動(dòng)吊鉤及重物順著橋架做“縱向”運(yùn)動(dòng)。③吊鉤拖動(dòng)系統(tǒng)：拖動(dòng)重物作吊起或放下的上下運(yùn)動(dòng)。

        相對(duì)于提升機(jī)構(gòu)控制，橋式起重機(jī)在大車(chē)拖動(dòng)以及小車(chē)拖動(dòng)方面對(duì)于
        變頻器的控制要求比較低，所以本文重點(diǎn)介紹臺(tái)達(dá)VE系列變頻器在提升機(jī)構(gòu)控制上的應(yīng)用。提升機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)具有大慣性，四象限運(yùn)行的特點(diǎn)，與其他傳動(dòng)機(jī)械相比，對(duì)變頻器有著更為苛刻的安全和性能上的要求。臺(tái)達(dá)VE系列變頻器是專(zhuān)為起重機(jī)類(lèi)負(fù)載而設(shè)計(jì)的變頻器，具有如下特點(diǎn)：①具有全程矢量控制。在1HZ的低頻下，即使無(wú)速度反饋環(huán)節(jié)，也能提供150%額定轉(zhuǎn)矩的啟動(dòng)力矩。②四象限運(yùn)行?？膳渲弥苿?dòng)單元，實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，而且動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。③恒轉(zhuǎn)矩特性。在全速范圍內(nèi)，具有恒轉(zhuǎn)矩特性。

圖1 橋式起重機(jī)結(jié)構(gòu)

 VE變頻器在提升機(jī)構(gòu)上的應(yīng)用設(shè)計(jì)
        為了確保設(shè)計(jì)條件，項(xiàng)目對(duì)于臺(tái)達(dá)VE系列變頻器起重機(jī)工程適用性進(jìn)行實(shí)際測(cè)試。測(cè)試地點(diǎn)為株洲某專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)起重設(shè)備的工廠。測(cè)試配置：電機(jī)型號(hào)為YZR200L-8（繞線電機(jī)），功率15Kw，額定數(shù)入電壓380V，額定輸入電流34.6A，電機(jī)極數(shù)8極，額定頻率為50HZ，額定轉(zhuǎn)速為712rpm，無(wú)編碼器。抱閘采取電磁閥方式，使用3相380V電源控制。考慮到以后超負(fù)荷運(yùn)行的可能，以及長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性，選用臺(tái)達(dá)VFD220V43A-2變頻器做測(cè)試。

1. 主電路設(shè)計(jì)
        由于臺(tái)達(dá)變頻器功率大于11KW型號(hào)等級(jí)無(wú)內(nèi)置剎車(chē)單元，所以選配外置推薦剎車(chē)單元VFDB4030一臺(tái)。剎車(chē)電阻說(shuō)明書(shū)上標(biāo)配型號(hào)為4800W/27.2歐姆，考慮到剎車(chē)性能以及天氣炎熱時(shí)電阻的散熱性能，剎車(chē)電阻規(guī)格的選擇原則有兩個(gè)方面的依據(jù)：等效電阻值保持在推薦最小電阻值，功率選擇為推薦功率的2倍左右。由于手頭上有BR1K5W040(1500W/40歐姆)規(guī)格現(xiàn)貨，所以選擇12根BR1K5W040規(guī)格的電阻，通過(guò)串并聯(lián)連接，其等效電阻為30歐姆，等效功率為18KW。實(shí)際連接示意圖如圖2所示。VE系列變頻器電氣接線圖參見(jiàn)圖3。

圖2外置剎車(chē)單元VFDB4030電原理圖

圖3 VE系列變頻器電氣接線

2. 變頻器SVC控制方式
        無(wú)速度傳感器矢量控制（也稱(chēng)為SVC控制方式，sensorless VC）可以獲得接近閉環(huán)控制的性能，同時(shí)省去了速度傳感器，具有較低的維護(hù)成本。與傳統(tǒng)V/Hz控制比較，無(wú)速度傳感器矢量控制可以獲得改進(jìn)的低速運(yùn)行特性，變負(fù)載下的速度調(diào)節(jié)能力亦得到改善，同時(shí)還可獲得高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這在高摩擦與慣性負(fù)載的起動(dòng)中有明顯的優(yōu)勢(shì)。正是由于這些驅(qū)動(dòng)特性，該控制技術(shù)已逐漸成為通用恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的選擇。

        臺(tái)達(dá)VE系列變頻器提供SVC控制方式，能夠很好的滿足起重設(shè)備上啟動(dòng)時(shí)需要滿負(fù)載（甚至是過(guò)負(fù)載，通常運(yùn)行時(shí)間很短）運(yùn)行。SVC控制方式從基本原理上講能夠獲得優(yōu)異的動(dòng)靜態(tài)特性，但是前提是獲得準(zhǔn)確地電機(jī)參數(shù)。VE變頻器涉及到電機(jī)的相關(guān)參數(shù)參見(jiàn)表1。

表1 VE變頻器電機(jī)相關(guān)參數(shù)

3.  報(bào)閘時(shí)序控制
        在起重設(shè)備的應(yīng)用上，一般都會(huì)存在機(jī)械抱閘機(jī)構(gòu)，這主要是考慮到安全方面的因素。提升機(jī)構(gòu)在機(jī)械抱閘機(jī)構(gòu)抱住之前和松開(kāi)之后的瞬間，極易發(fā)生重物由停止?fàn)顟B(tài)下滑的現(xiàn)象（稱(chēng)為溜鉤），防止溜鉤是橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的安全控制環(huán)節(jié)。當(dāng)?shù)蹉^起吊重物停止在半空中時(shí)，如果要作上升或者下降動(dòng)作，變頻器的運(yùn)行和對(duì)機(jī)械抱閘機(jī)構(gòu)的控制，這兩者之間的配合就顯得非常重要；配合不好，有可能出現(xiàn)變頻器報(bào)警（過(guò)載或者過(guò)流），也有可能出現(xiàn)重物溜鉤的現(xiàn)象。針對(duì)這種現(xiàn)象，臺(tái)達(dá)VE變頻器專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)參數(shù)來(lái)方便調(diào)整。使用臺(tái)達(dá)VE變頻器多功能輸出指令第42號(hào)功能就能夠很好的解決這個(gè)問(wèn)題，具體時(shí)序圖如圖4所示。

圖4 報(bào)閘控制時(shí)序

        多功能輸出指令42主要用來(lái)控制機(jī)械抱閘機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，其條件為：實(shí)際輸出頻率，實(shí)際輸出電流，延遲時(shí)間。如果當(dāng)實(shí)際輸出頻率大于02-33設(shè)置值，并且當(dāng)實(shí)際輸出電流大于2-32設(shè)置值，變頻器開(kāi)始計(jì)時(shí)，時(shí)間超過(guò)2-31設(shè)置延遲時(shí)間，多功能輸出指令42就動(dòng)作，打開(kāi)機(jī)械抱閘機(jī)構(gòu)；反之，如果實(shí)際輸出頻率小于02-33設(shè)置值，或者實(shí)際輸出電流小于2-32設(shè)置值，多功能輸出指令42就不動(dòng)作，機(jī)械抱閘機(jī)構(gòu)關(guān)閉。這樣做能夠有效檢測(cè)主吊電機(jī)是否勵(lì)磁完成，保證起吊貨物的安全性。

        除了使用到多功能輸出指令42，如果配合齒隙功能（7-15齒隙加速中斷時(shí)間/7-16齒隙加速中斷頻率/7-17齒隙減速中斷時(shí)間/7-18齒隙減速中斷頻率），就能夠有效消除機(jī)械抱閘松開(kāi)時(shí)的抖動(dòng)現(xiàn)象，使啟動(dòng)/停止的速度更加平滑。

4. 變頻器參數(shù)設(shè)計(jì)

注意：對(duì)于05-05無(wú)載電流，可以通過(guò)幾種方式獲得：1。通過(guò)變頻器動(dòng)態(tài)測(cè)試電機(jī)參數(shù)計(jì)算出來(lái)（電機(jī)必須拖開(kāi)負(fù)載運(yùn)行），但是由于此臺(tái)起重設(shè)備無(wú)法進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，這種方式不能采用；2。在電機(jī)銘牌上獲得；3。在VF模式下空載運(yùn)行，察看變頻器輸出電流；4。查詢(xún)手冊(cè)。

5. 負(fù)載運(yùn)行
        使用以上參數(shù)，進(jìn)行負(fù)載運(yùn)行。0-50HZ帶6噸載運(yùn)行時(shí)母線電壓的狀態(tài)：
      （1）不運(yùn)行狀態(tài)。500VDC；上升啟動(dòng)時(shí)電壓480VDC；下降過(guò)程中最大電壓730VDC；
      （2）帶8噸載運(yùn)行時(shí)輸出電流的狀態(tài)。上升啟動(dòng)時(shí)最大電流70A 下降過(guò)程中最大電流56A 穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電流29A。

         帶載情況下啟動(dòng)電流保持在3倍額定電流范圍（VE變頻器過(guò)載電流范圍為額定3倍）以?xún)?nèi)，能夠提供足夠啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩；帶載下降過(guò)程中最大母線電壓維持在730VDC設(shè)定值，保證了變頻器不出現(xiàn)OU報(bào)警；2-11=42功能判斷條件采取頻率和電流綜合判斷，保證在帶載情況下不出現(xiàn)溜鉤現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)測(cè)試能夠滿足項(xiàng)目起重設(shè)備長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求。