第一篇：定子調(diào)壓調(diào)速技術(shù)在煉鋼天車的應(yīng)用

定子調(diào)壓調(diào)速技術(shù)在煉鋼天車的應(yīng)用

工作單位：酒鋼煉軋廠煉鋼設(shè)備保障作業(yè)區(qū)作

者：裴 興 怡

定子調(diào)壓調(diào)速技術(shù)在煉鋼橋式起重機的應(yīng)用

摘要：本文主要介紹了三相異步電機的工作原理和調(diào)速方法，在調(diào)速方法中重點分析對比了轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速和晶閘管定子調(diào)壓調(diào)速的基本原理和兩種調(diào)速方法的各自特點。通過分析對比得知定子調(diào)壓調(diào)速技術(shù)在今后的設(shè)備改造中將是一種既節(jié)約費用，又簡單易行的技術(shù)方案，同時對煉鋼天車技術(shù)改造提供了有力的技術(shù)支持。

關(guān)鍵字：定子調(diào)壓調(diào)速 機械特性 串電阻 晶閘管 引言：

三相異步電動機的調(diào)速經(jīng)過了長期的演變過程，人們在電動機的調(diào)速和轉(zhuǎn)矩控制上做過了大量的研究，嘗試過使用各種不同形式的調(diào)速方法，隨著大功率和高開關(guān)頻率的半導體器件的開發(fā)研制成功，以及現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)的普及應(yīng)用，為我們提供了驅(qū)動控制電動機的新的方法。目前橋式起重機電機調(diào)速控制應(yīng)用最多的是三相繞線式電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，下面就介紹一下用于轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速與晶閘管定子調(diào)壓調(diào)速的基本工作原理與優(yōu)缺點。三相異步電動機工作的基本原理 1.1 基本公式

從電網(wǎng)輸入電動機的功率

三相異步電動機調(diào)速 2.1 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速

主要介紹用于起重機起升機構(gòu)用的兩擋反接控制，機械特性如圖1 所示。兩擋反接制動是指起升機構(gòu)在滿載或75%負載下，可以達到滿速下降的目的。在返回停止工作時可達到準確停車，避免在滿載情況下下滑而造成意外事故。上升1、2、3 擋人為逐級切除電動機轉(zhuǎn)子電阻，使電動機由機械特性1、2、3 過渡到機械特性4 上，電動機高速運轉(zhuǎn)。滿載慢速下降電動機工作在特性5上，電機轉(zhuǎn)子串進一定的電阻值，使電動機處于反接制動狀態(tài)。輕載下降電動機工作在特性6 上，此時電動機轉(zhuǎn)子串進全部電阻，使電動機的機械特性變得更軟。電動機工作在反接制動狀態(tài)。

雖然在上面兩種反接制動狀態(tài)下能夠得到一定的低速，但是不能長時間運行，否則會造成電機發(fā)熱嚴重，此時電機的機械特性都比較軟，負載轉(zhuǎn)矩瞬間產(chǎn)生的任何波動都會使電機失去控制，將造成嚴重后果。所以在操

作控制時不允許長時間運行在特性5、6上，要在短時間內(nèi)切掉轉(zhuǎn)子電阻，使電動機工作在再生發(fā)電狀態(tài)下。繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速為開環(huán)調(diào)速，速度波動比較大，輕載時調(diào)速范圍比較小，也就是說在載荷較小時起升各擋之間速度變化不明顯。下降控制時比較復(fù)雜，需要操作人員密切關(guān)注機構(gòu)的運行方向。另外下降過程中無論負載大小，都得不到穩(wěn)定的低速運行，所以在對下降控制要求較高的冶金及其它行業(yè)就不能滿足調(diào)速要求了。

2.2 晶閘管定子調(diào)壓調(diào)速 2.2.1 調(diào)壓調(diào)速基本原理 由異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩表達式

可知，當電動機各參數(shù)及電源頻率不變時，且當轉(zhuǎn)差率s 一定時，電動機輸出轉(zhuǎn)矩T與電機定子電壓U1成正比。當改變定子電壓時，可以得到一組人為的機械特性曲線，如圖2 所示。

由圖2 可以看出，為了在一定的負載轉(zhuǎn)矩下，通過降低定子電壓得到低速運轉(zhuǎn)是可能的。但是在降低定子電壓得到低速時，由于轉(zhuǎn)差率s 將增大，因此電動機電流隨著s 的增大而增大。這樣轉(zhuǎn)差功耗就全部消耗在電動機內(nèi)部，從而致使電動機發(fā)熱嚴重。另外由圖猿可見，帶恒轉(zhuǎn)矩負載TL 時，普通的籠型異步電動機變電壓時的穩(wěn)定工作點為A、B、C，轉(zhuǎn)差率s 的變化范圍不會超過0~sm，調(diào)速范圍很小。為了能在恒轉(zhuǎn)矩負載下擴大變壓調(diào)速范圍，須使電機在較低速下穩(wěn)定運行而又不致過熱，就要求電動機轉(zhuǎn)子繞組有較高的電阻值。圖3 給出了高轉(zhuǎn)子電阻電動機變電壓時的機械 特性，顯然在恒轉(zhuǎn)矩負載下的變壓調(diào)速范圍增大了，所以異步電動機變電壓調(diào)速時，采用普通電機的調(diào)速范圍很窄，為了減少電機發(fā)熱及擴大調(diào)速范圍，須采用高轉(zhuǎn)子電阻的電機。

晶閘管定子的調(diào)壓調(diào)速裝臵，是通過在定子上串聯(lián)反并聯(lián)晶閘管并控制其導通角來實現(xiàn)的，可以實現(xiàn)三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機低速穩(wěn)定運行。但這種調(diào)壓調(diào)速是開環(huán)系統(tǒng)，其特性硬度不夠，速度波動率大。為了提高其調(diào)

速性能可采用有雙閉環(huán)（速度環(huán)和電流環(huán)）反饋調(diào)壓調(diào)速控制系統(tǒng)，閉環(huán)調(diào)速時電動機的機械特性曲線如圖4 所示。顯而易見閉環(huán)系統(tǒng)下的機械特性硬度提高了，速度波動率大大減小。

閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)過程為當電動機穩(wěn)定運行在要求的速度時，一旦負載增大，電機會在較大負載拖動下進行減速，速度反饋值也隨之降低，閉環(huán)系統(tǒng)給定值不變，速度調(diào)節(jié)器的輸入由于速度反饋的下降而增大，經(jīng)過速度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)控制晶閘管，增加晶閘管導通角，因而電動機定子電壓提高，電動機力矩也增大，電動機開始加速，當速度升至要求值時，速度反饋與給定值相等，速度調(diào)節(jié)器輸出值不再變化，晶閘管導通角不變，電

動機電壓也不再升高，電動機力矩與負載力矩達到平衡，電動機又穩(wěn)定運行于給定值確定的速度值。這種速度調(diào)節(jié)器為PID調(diào)節(jié)器，由于積分的作用，所以速度與給定值相等，屬無靜差調(diào)速系統(tǒng)。2.2.2 晶閘管定子調(diào)壓調(diào)速特點

定子晶閘管調(diào)壓調(diào)速閉環(huán)系統(tǒng)已在近年得到較廣泛的使用。

應(yīng)用了以上所述的閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速原理，設(shè)計生產(chǎn)的用于起重機電動機的調(diào)速裝臵，具體特點如下。

1）這種調(diào)壓調(diào)速裝臵是專業(yè)化設(shè)計產(chǎn)品，專門用于驅(qū)動起重機的起升機構(gòu)和運行機構(gòu)，對起重繞線式電動機進行控制。

2）該裝臵是數(shù)字化調(diào)速設(shè)備，由于在設(shè)計時充分考慮簡便和實用，所以用戶在使用時特別方便。該裝臵的參數(shù)少，而且直觀簡單，當使用時在保證正確接線的基礎(chǔ)上，只需要調(diào)整電動機電流參數(shù)就可進行正常工作，無須長時間調(diào)試和調(diào)整。

3）該裝臵正反向切換采用交流接觸器進行，這樣設(shè)計就徹底避免了環(huán)流發(fā)生的可能性，因而也不必采用快速熔斷器保護晶閘管的設(shè)計方法。用兩組晶閘管控制正反向在實際使用中經(jīng)常產(chǎn)生環(huán)流，因而必須采用快速熔斷器進行保護。這樣在使用時，就必須經(jīng)常更換快熔，造成故障率提高，給使用維護帶來不便。

該裝臵由于無環(huán)流發(fā)生的可能性，再加上晶閘管選擇上的考慮，因此只需用帶電子脫扣器的斷路器保護即可，方便使用。

該裝臵控制接觸器切換時，是在無電壓無電流的情況下進行的，這樣在接觸器的選擇上就可按接觸器的約定發(fā)熱電流進行，在壽命的選擇上，只考

慮機械壽命即可。

另外，利用正反向接觸器控制電動機比較直觀可靠，容易判斷故障，同時我們利用正反向接觸器輔助觸頭與制動器進行連鎖，就非?？煽康谋ＷC了制動器只有在電動機帶電的情況下才能開閘，使運行及控制更加可靠。4）由于調(diào)壓調(diào)速控制系統(tǒng)采用速度閉環(huán)，所以必須設(shè)臵速度檢測環(huán)節(jié)。該裝臵拋棄了原有的容易損壞的測速發(fā)電機和安裝困難對環(huán)境要求高的脈沖偏碼器的測速方法，采用電動機轉(zhuǎn)子頻率反饋進行測速，這樣就大大降低了改造難度，降低了使用故障，調(diào)速比能夠達到1:10。2.2.3 用于起升機構(gòu)控制邏輯功能簡介

用于起升機構(gòu)的控制系統(tǒng)如圖5 所示，機械特性如圖6所示。

1）電源電路斷路器1Q1 用于對主起升機構(gòu)電動機及調(diào)壓調(diào)速裝臵提供短路及過載保護。

2）數(shù)字式定子調(diào)壓調(diào)速裝臵是一個速度閉環(huán)的現(xiàn)代化交流調(diào)速系統(tǒng)，無需測速發(fā)電機和編碼器，而是采用電動機轉(zhuǎn)子頻率作為速度反饋信號。當設(shè)定電動機低速運行時，通過自動調(diào)節(jié)電動機定子電壓，使電動機穩(wěn)定運行在設(shè)定速度上。由于是閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，所以，電動機的運行速度不會因為負載的變化而變化，速度波動率很小。

3）正、反向接觸器1KM11與1KM21 用于控制電動機的運行方向。正反向接觸器的動作均由THYROMAT 控制，其動作順序為機構(gòu)上升運行時，正向接觸器1KM11吸合，電動機加上了正向相序，使電動機處于正向電動狀態(tài)，帶動機構(gòu)正向起升。上升1、2、3擋為低速調(diào)速擋，速度分別設(shè)定為10%、20%、30%，上升4 擋為全速擋，此時輸出全電壓，控制電

動機以額定速度運行。機構(gòu)下降運行1—3擋時，首先正向接觸器1KM11吸合，通過調(diào)節(jié)電動機定子電壓，使電動機處于反接制動狀態(tài)，靠負荷拉動機構(gòu)下降運行，以獲取低速運行。當?shù)踹\負荷重量很輕，無法拉動機構(gòu)下降運行時，會自動進行檢測。當在1.5 s內(nèi)，機構(gòu)還未運轉(zhuǎn)，就自動判斷負荷為輕載，在零電流的情況下控制正反向接觸器的切換，使反向接觸器1KM21 吸合，讓電動機處于反向電動狀態(tài)，達到設(shè)定速度。若由于某種原因吊運的負荷變重，會自動控制正反向接觸器回復(fù)到反接制動狀態(tài)。下降4 擋時，控制反向接觸器吸合，使電動機處于反向電動狀態(tài)，當負載重時，電動機速度超過同步速處于再生發(fā)電制動狀態(tài)。

控制手柄由下降4 擋回復(fù)到下降1—3擋時，會自動控制正反向接觸器在零電流的情況下迅速切換，讓電動機迅速進入反接制動狀態(tài)，制動負荷進入下降低速狀態(tài)。

4）轉(zhuǎn)子接觸器在每個電動機的轉(zhuǎn)子上均串接了電阻，用于消耗電機低速運行時產(chǎn)生的熱能，電阻器分為四段。上升調(diào)速擋時，1KM43吸合切除最后一段電阻，加大電機啟動力矩。上升4 擋時，通過THYROMAT 控制另外兩個轉(zhuǎn)子接觸器1KM42、1KM41分別在50%，75%速度下閉合，分別切除

5）控制電路中還具有零位、失壓、限位等保護功能。

結(jié)語

該定子調(diào)壓調(diào)速裝臵目前應(yīng)用于煉鋼EF跨20#天車、FG跨10#天車起升系統(tǒng)拖動，運行穩(wěn)定故障率低，設(shè)備維護工作量小，這種調(diào)壓調(diào)速裝臵的使用能夠有效地降低起重機的機械沖擊，從而使起重機的運行更加穩(wěn)定、可靠。

參考文獻：

[1] 《電機學》第二版 史乃 主編 機械工業(yè)出版設(shè)

[2] 《電力拖動自動控制系統(tǒng)---運動控制系統(tǒng)》第三版 陳伯時 主編 機械工業(yè)出版社 [3] 《電機及拖動基礎(chǔ)》第三版 顧繩谷 主編 機械工業(yè)出版社 [4] 《電氣與可編程控制技術(shù)》 鄧則明 主編 機械工業(yè)出版社

第二篇：變頻調(diào)速在天車的應(yīng)用分析

PLC－變頻器在橋式起重機中的應(yīng)用分析

引言

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，PLC、變頻器等自動化產(chǎn)品在電力拖動領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。起重機械采用PLC-變頻器調(diào)速逐漸得到推廣和普及，PLC程序控制取代傳統(tǒng)的繼電-接觸器控制逐漸成為起重機械電氣控制的主流；用變頻電動機或異步電動機取代繞線電機，再配合先進的現(xiàn)場總線技術(shù)和人機界面系統(tǒng)，提高了設(shè)備控制精度和穩(wěn)定性，降低了故障率，且節(jié)能效果顯著，易于檢修維護，成為提高企業(yè)生產(chǎn)效率的好途徑。

１ 起重機械的組成及負載特點

起重機械最基本的工作機構(gòu)有以下四種：即起升機構(gòu)、小車機構(gòu)、大車機構(gòu)。起升機構(gòu)是主要功能機構(gòu)，其正反轉(zhuǎn)工作變換比較頻繁，每次的起吊重量差別比較大，且具有恒轉(zhuǎn)矩負載的特點。起重機械的起升機構(gòu)由電動機、減速器、卷筒等部分組成，其作用可將原動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榈蹉^的垂直升降運動，實現(xiàn)吊具垂直升降的目的功能不可缺少的部分。

由于重物在空中具有位能，重物上升時，是電動機克服各種阻力(包括重物的重力、摩擦阻力等)而做功，屬于阻力負載；重物下降時，由于重物本身具有按重力加速度下降的能力(位能)，因此，當重物的重力大于傳動機構(gòu)的摩擦阻力時，電動機成為了能量的接受者，故屬于動力負載。但當重物的重力小于傳動機構(gòu)的摩擦阻力時，重物仍須由電動機拖動下降，仍屬于阻力負載。

為使重物在空中停止在某一位置，在起升機構(gòu)中還必須設(shè)置制動器和停止器等控制部件。為了適應(yīng)不同吊重對作業(yè)速度的不同要求，起升速度應(yīng)能調(diào)節(jié)，并具有良好的微動控制性能。微動速度一般在0.25～0.4m/min范圍。

通過對起升機構(gòu)分析不難發(fā)現(xiàn)，其工作中的主要有三種轉(zhuǎn)矩：

(1)電動機的轉(zhuǎn)矩TM，即由電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是主動轉(zhuǎn)矩，其方向可正可負;

(2)重力轉(zhuǎn)矩TG，即由重物及吊鉤等作用于卷筒的轉(zhuǎn)矩，其大小等于重物及吊鉤等的復(fù)合重量G與卷筒半徑r的乘積：

TG=G·r(1)

TG的方向永遠是向下的。

(3)摩擦轉(zhuǎn)矩T0，即由于減速機構(gòu)的傳動比較大，減速機構(gòu)的摩擦轉(zhuǎn)矩(包括其他損失轉(zhuǎn)矩)不可忽視。摩擦轉(zhuǎn)矩的特點是，其方向永遠與運動方向相反。

２ 變頻調(diào)速的基本原理與電動機的機械特性 2.1 變頻調(diào)速的基本原理

一般三相異步電動機調(diào)速方法有：(1)改變磁極對數(shù)p來改變電機轉(zhuǎn)速，所得到的轉(zhuǎn)速只能是3000、1500、1000…，為有級調(diào)速；(2)改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速，常用的方法是改變定子電壓調(diào)速和滑差電機調(diào)速，該方法轉(zhuǎn)子損耗較大，效率低；(3)改變定子電源頻率f1，其調(diào)速屬于改變同步轉(zhuǎn)速n1調(diào)速，由于沒有人為的改變s，轉(zhuǎn)子中不產(chǎn)生附加的轉(zhuǎn)差功率損耗，所以效率高。其是一種較為理想的調(diào)速方法，但變頻調(diào)速需要較復(fù)雜的控制電路組成。

三相異步電動機同步轉(zhuǎn)速為（2）

式中，p——磁極對數(shù)；

f1——定子電流頻率，即電源的頻率，f1=50Hz；

s——轉(zhuǎn)差率，即同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速二者之差與同步轉(zhuǎn)速的比值。

由于交流電的頻率，T為交流電的周期。變頻調(diào)速就是改變逆變器輸出交流電壓的周期，就可以改變交流

電壓的頻率f。所謂改變周期，實際上是在控制電路上采用晶閘管，通過改變晶閘管的導通時間，實現(xiàn)交流電周期的改變。導通時間越短，輸出交流電壓周期越短，頻率越高。即從控制上，用改變晶閘管門極驅(qū)動信號的頻率控制逆變器輸出電壓的頻率f1，從而實現(xiàn)電動機工作速度的調(diào)節(jié)。2.2 電動機變頻調(diào)速的機械特性

起重機械各部分的拖動系統(tǒng)，一般都需要調(diào)速，在變頻調(diào)速問世之前，已經(jīng)發(fā)明了多種調(diào)速方法，獲得了廣泛的應(yīng)用。例如：增大或改變轉(zhuǎn)子回路內(nèi)電阻的調(diào)速、電磁調(diào)速電動機等等。比較常見的是采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機，調(diào)速方法是通過滑環(huán)和電刷在轉(zhuǎn)子回路內(nèi)串入若干段電阻，由接觸器來控制接入電阻的多少，從而控制了轉(zhuǎn)速。

n = n0-k(Ra + Ri)T（3）式中，n——電動機的輸出轉(zhuǎn)速；

n0 ——電動機理想空載轉(zhuǎn)速；

k——比例系數(shù)；

Ra——電樞電阻；

Ri——回路內(nèi)串電阻；

T ——電樞電流切割磁力線所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩。

從圖2不難發(fā)現(xiàn)，由于回路內(nèi)串電阻的存在，其電動機的機械特性變軟，輸出速度降低；而機械特性越軟，電動機的負載能力越差。

電動機采用變頻調(diào)速，一方面可以實現(xiàn)節(jié)能，另一方面可以保持較硬的機械特性，負載能力較好。下面就起升過程中的電動機工作狀態(tài)說明變頻調(diào)速對機械特性的影響情況。

(1)重物起吊上升時，其旋轉(zhuǎn)方向與電樞電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向相同，即電動機受正向轉(zhuǎn)矩作用，其機械特性在第1象限，如圖3中之曲線①和所示，工作點為A點，轉(zhuǎn)速為n1；

當通過降低頻率而減速時，在頻率剛下降的瞬間，機械特性已經(jīng)切換至曲線②了，工作點由A點跳變至A’點，進入第二象限，其轉(zhuǎn)矩變?yōu)榉捶较虻闹苿愚D(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)速短時下降，并重新進入第一象限，至B點時，又處于穩(wěn)定運行狀態(tài)，B點便是頻率降低后的新的工作點，這時，轉(zhuǎn)速已降為n2。

(2)空鉤(包括輕載)下降時，吊鉤自身是不能下降的，必須由電動機反向運行來實現(xiàn)。此時電動機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速都是負的，故機械特性曲線在第三象限，如圖4中之曲線③，工作點為C點，轉(zhuǎn)速為n3；

當通過降低頻率而減速時，在頻率剛下降的瞬間，機械特性已經(jīng)切換至曲線④、工作點由C點跳變至C’點，進入第四象限，其轉(zhuǎn)矩變?yōu)檎较?，以阻止吊鉤下降，所以也是制動轉(zhuǎn)矩，使下降的速度減慢，并重新進入第三象限，至D點時，又處于穩(wěn)定運行狀態(tài)，D點便是頻率降低后的新的工作點，這時，轉(zhuǎn)速為n4。

(3)重載下降時，重物將因自身的重力而下降，電動機的旋轉(zhuǎn)方向是反轉(zhuǎn)(下降)的，但其轉(zhuǎn)矩的方向卻與旋轉(zhuǎn)方向相反，是正方向的，其機械特性如圖5的曲線⑤所示，工作點為E點，轉(zhuǎn)速為n5。這時，電動機的作用是防止重物由于重力加速度的原因而不斷加速、達到使重物勻速下降的目的。在這種情況下，摩擦轉(zhuǎn)矩將阻礙重物下降，故重物在下降時構(gòu)成的負載轉(zhuǎn)矩比上升時小。

２.３ 電動機變頻調(diào)速與原拖動系統(tǒng)調(diào)速的機械特性比較

(1)重物上升時，兩種調(diào)速方式其機械特性都在第一象限，如圖6所示，曲線①表示變頻調(diào)速時的機械特性，轉(zhuǎn)速為nl。曲線②表示通過轉(zhuǎn)子電路串入電阻來實現(xiàn)調(diào)速時的機械特性，即電壓調(diào)速。從兩條曲線可以看出，工作點由A點對應(yīng)A’點，電動機的轉(zhuǎn)矩大為減小，拖動系統(tǒng)因帶不動負載而減速，直至到達B點時，電動機的轉(zhuǎn)矩重新和負載轉(zhuǎn)矩平衡，工作點轉(zhuǎn)移至B點，轉(zhuǎn)速為降n2，負載能力相對于變頻調(diào)速變化明顯。

(2)輕載下降時兩種調(diào)速方式其工作特點與重物上升時相同，只是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速都是負的，機械特性在第三象限，如圖6的曲線③和曲線④所示。

(3)重載下降時，原拖動系統(tǒng)的電動機從接法上說，是正方向的，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也是正的。但由于在轉(zhuǎn)子電路中串入了大量電阻，使機械特性傾斜至如曲線⑤所示。這時，電動機產(chǎn)生的正轉(zhuǎn)矩比重力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩小，非但不能帶動重物上升，反而由于重物的拖動，電動機的實際旋轉(zhuǎn)方向是負的，其工作點在機械特性向第四象限的延伸線上，如圖中E點所示，這時，轉(zhuǎn)速為n5。這種工作狀態(tài)的特點是：電動機的轉(zhuǎn)矩是正的、卻被重物“倒拉”著反轉(zhuǎn)。解決這種現(xiàn)象的途徑只能是選擇較大的功率，這無形便增加了設(shè)備成本。

與變頻調(diào)速方式（如圖5所示）相比較，在重載下降時，兩種調(diào)速方法的工作點都在第四象限，但電動機的工作狀態(tài)是不同的。

３ 采用變頻調(diào)速需要注意的問題

(1)重物起吊時起動轉(zhuǎn)矩Ts較大，通常在額定轉(zhuǎn)矩 TN的150％以上?？紤]到在實際工作中可能發(fā)生的電源電壓下降以及短時過載等因素，一般情況下，起動轉(zhuǎn)矩 Ts應(yīng)按照額定轉(zhuǎn)矩TN的150％～180％來進行選擇：

Ts =(150% ~ 180 %)TN(4)

(2)起升機構(gòu)工作過程中，在重物剛離開泊位上升的瞬間以及在重物剛到達新泊位下降的瞬間，負載轉(zhuǎn)矩的變化是十分激烈的，應(yīng)引起注意。

(3)起升裝置在調(diào)整纜繩松弛度時，以及移動裝置在進行定位控制時，都需要點動運行，應(yīng)充分注意點動時的工作特性。

(4)在重物開始升降或停止時，要求制動器和電動機的動作之間，必須緊密配合。由于制動器從抱緊到松開，以及從松開到抱緊的動作過程需要一定的時間(約6s)，而電動機轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生或消失是在通電或斷電瞬間就立刻反映的。因此，兩者在動作的配合上極易出現(xiàn)問題。如電動機已經(jīng)通電，而制動器尚未松開，將導致電動機的嚴重過載；反之，如電動機已經(jīng)斷電，而制動器尚未抱緊，則重物必將下滑，即出現(xiàn)溜鉤現(xiàn)象。起重機械變頻調(diào)速采取的措施

4.1 選擇合適的變頻器容量

在起重機械中，因為升、降速時的電流較大，應(yīng)求出對應(yīng)于最大起動轉(zhuǎn)矩和升降速轉(zhuǎn)矩的電動機電流。

通常，起重機械用變頻器容量按以下步驟求出：

(1)恒定負荷上升時的電動機容量PMN（kW）（5）

式中，GN——額定重量(kg)，具體計算時，應(yīng)考慮須有125％的過載能力；

v——額定線速度(m/min)：

η——機械效率。

(2)變頻器容量

變頻器的額定電流可由下式求出：

變頻器額定電流>電動機額定電流×(6)式中，k1——所需最大轉(zhuǎn)矩÷電動機額定轉(zhuǎn)矩；

k2——1.5(變頻器的過載能力)；

k3——1.1(余量)。4.2 溜鉤的預(yù)防措施

起升機構(gòu)中，由于重物具有重力的原因，如沒有專門的制動裝置，重物在空中是停不住的。為此，電動機軸上必須加裝制動器，常用的有電磁鐵制動器和液壓電磁制動器等。多數(shù)制動器都采用常閉式的，即：線圈斷電時制動器依靠彈簧的力量將軸抱住，線圈通電時松開。

為了有效地防止溜鉤，某些新型變頻器設(shè)置了一些獨特的制動功能，如：

(1)零速全轉(zhuǎn)矩功能變頻器可以在速度為0的狀態(tài)下，電動機的轉(zhuǎn)矩也能達到額定轉(zhuǎn)矩的150％。這就保證了吊鉤由升、降速狀態(tài)降為零速時，電動機能夠使重物在空中暫時停住，直到電磁制動器將軸抱住為止，從而防止了溜鉤。

(2)直流強勵磁功能變頻器可以在起動之前和停止時，自動進行強直流勵磁。使電動機有足夠大的轉(zhuǎn)矩(可達額定轉(zhuǎn)矩的200％)，維持重物在空中的停住狀態(tài)，以保證電磁制動器在釋放和抱住過程中不會溜鉤。

4.3 變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制

起重機械拖動系統(tǒng)的控制動作包括：吊鉤的升降及速度檔次、變幅功能等，都可以通過可編程序控制器(PLC)進行無觸點控制。

５ 結(jié) 語

異步電動機變頻調(diào)速的電源是一種能調(diào)壓的變頻裝置，應(yīng)用時常采用由晶閘管元件或自關(guān)斷的功率晶體管器件組成的變頻器。除起重機械外，變頻調(diào)速已經(jīng)在許多領(lǐng)域內(nèi)獲得廣泛應(yīng)用?？梢灶A(yù)見，隨著生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，變頻調(diào)速必將獲得更大的發(fā)展。

參考文獻

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第三篇：交流變頻調(diào)速技術(shù)在天車的改造

（一）前言

1、交流電動機傳統(tǒng)調(diào)速控制技術(shù)介紹

隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，對起重機調(diào)速性能要求在不斷提高，由于起重機使用的電動機都是三相異步繞線式電動機，調(diào)速的方法比較單一，對起重機使用的繞線式電動機傳統(tǒng)的調(diào)速方法有以下幾種：

定子調(diào)壓調(diào)速——控制加于電動機定子繞組的電壓：

當改變電動機的定子電壓時，可以得到一組不同的機械特性曲線，從而獲得不同轉(zhuǎn)速。由于電動機的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，因此最大轉(zhuǎn)矩下降很多，其調(diào)速范圍較小，使一般籠型電動機難以應(yīng)用。為了擴大調(diào)速范圍，調(diào)壓調(diào)速應(yīng)采用轉(zhuǎn)子電阻值較大的繞線式電動機，或者在繞線式電動機上串聯(lián)頻敏電阻。在電子的調(diào)壓調(diào)速技術(shù)誕生之前，這兩種方法是在定子調(diào)壓中主要使用的方法。

繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串入附加電阻調(diào)速：

繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串入附加電阻，使電動機的轉(zhuǎn)差率加大，電動機在較低的轉(zhuǎn)速下運行。串入的電阻越大，電動機的轉(zhuǎn)速越低。此方法設(shè)備簡單，控制方便，但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬有級調(diào)速，機械特性較軟。這種方法是使用最為廣泛的一種調(diào)速方法，目前還有很多起重機在使用這種方法。

繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，缺點是繞線轉(zhuǎn)子異步電動機有集電環(huán)和電刷，要求定期維護，由集電環(huán)和電刷引起的故障較為常見，再加上大量繼電器、接觸器的使用，致使現(xiàn)場維護量較大，調(diào)速系統(tǒng)的故障率較高，而且調(diào)速系統(tǒng)的綜合技術(shù)指標較差，對機械的沖擊很大，已不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的特殊要求，特別是象我廠這樣的冶金企業(yè)。

2、交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展及優(yōu)勢

隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和控制理論的發(fā)展，電力半導體器件和微處理器的性能不斷的提高，交流變頻驅(qū)動技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展，應(yīng)用越來越廣泛，作為交流調(diào)速系統(tǒng)中重要部分的變頻器技術(shù)也取得了顯著的發(fā)展，并逐漸進入了實用階段。目前，變頻器不但在傳統(tǒng)的電力拖動系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，而且?guī)缀鯏U展到了工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)域，并且在許多的家電產(chǎn)品中也得到了廣泛的應(yīng)用，例如像變頻空調(diào)、變頻微波爐、變頻電冰箱等。

通過改變交流電頻率的方式實現(xiàn)交流電控制的技術(shù)就叫變頻技術(shù)。而變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交—直—交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通

過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。

利用變頻器控制對交流電動機進行控制相對傳統(tǒng)控制有許多的優(yōu)點：如節(jié)能；容易實現(xiàn)對現(xiàn)有電動機的調(diào)速控制；可以實現(xiàn)大范圍內(nèi)的高效連續(xù)調(diào)速控制；容易實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)切換；可以高頻度的起停運轉(zhuǎn)；可以進行電氣制動；可以對電動機進行高速驅(qū)動；可以適應(yīng)比較惡劣的工作環(huán)境；用一臺變頻器對多臺電動機進行調(diào)速控制；變頻器的電源功率因數(shù)大，所需電源容量小，可以組成高性能的控制系統(tǒng)等。

在采用了變頻器的交流拖動系統(tǒng)中，異步電動機的調(diào)速控制是通過改變變頻器的輸出頻率實現(xiàn)的。因此，在進行調(diào)速控制時，可以通過控制變頻器的輸出頻率使電動機工作在轉(zhuǎn)差率較小的范圍內(nèi)，使電動機獲得較寬的調(diào)速范圍，并可達到提高運行效率的目的。

變頻器驅(qū)動系統(tǒng)是通過改變變頻器的輸出頻率來達到調(diào)速目的的，當變頻器把輸出頻率將至電動機的實際工作頻率以下時，負載的機械能將被轉(zhuǎn)換成電能，并回饋到變頻器，而變頻器則可以利用自己的制動回路將這部分能量以熱能消耗或回饋給電網(wǎng)，并形成電氣制動。與傳統(tǒng)的機械制動相比，電氣制動可靠性好、維護簡單、對機械系統(tǒng)有較好的保護。但是應(yīng)該注意到一點，由于在靜止狀態(tài)下，電氣制動并不能使電動機產(chǎn)生保持轉(zhuǎn)矩，所以在某些場合還必須與機械制動器配合同時使用。

在使用電網(wǎng)電源對異步電動機進行起動是，電動機的起動電流會很大，通常為額定電流的3～5倍，而采用變頻器對異步電動機進行起動時，由于可以將輸出頻率將至一個很低的值起動，電動機的起動電流很小，對電機會起到較好的保護。

可以看出隨著交流變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)界的廣泛應(yīng)用，為交流異步電動機驅(qū)動的橋式起重機大范圍、高質(zhì)量地調(diào)速提供了全新的方案。它具有高性能的調(diào)速指標，可以使用結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、維護方便的鼠籠異步電動機，并且高效、節(jié)能，其外圍控制線路簡單，維護工作量小，保護監(jiān)測功能完善，運行可靠性較傳統(tǒng)的交流調(diào)速系統(tǒng)有較大的提高。所以，采用交流變頻調(diào)速是橋式起重機交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展的主流。

（二）起重機的簡介 1、80/20T起重機的結(jié)構(gòu)與特點

80/20T橋式起重機是煉鋼廠經(jīng)常使用的一種適用于液體金屬的起重機，起升高度可達24m，主起升最大起吊重量為80T，副起升的最大起吊重量為20T。該車采用“四主梁結(jié)構(gòu)”，一般由起升機構(gòu)、小車走行機構(gòu)、大車走行機構(gòu)組成。小車部分分為主小車

部分和副小車部分。主小車部分包括：主起升運行系統(tǒng)和主小車運行系統(tǒng)；副小車部分包括：副起升運行系統(tǒng)和副小車運行系統(tǒng)。起重機大車運行機構(gòu)的驅(qū)動方式采用四機構(gòu)驅(qū)動，即大車兩側(cè)各有兩臺電動機和減速機，分布在大車的四個角，每個主動車輪各用一臺電動機驅(qū)動，使用變頻器控制時就要采用一拖二的控制方式，整車共需兩臺變頻器，橋式起重機較多采用制動器、減速器和電動機組合成一體的“三合一”驅(qū)動方式。本車的電動運行機構(gòu)由五個基本獨立的拖動系統(tǒng)組成。①大車拖動系統(tǒng)：拖動整臺起重機順著車間做“橫向”運動（以操作者的坐向為準）。②主小車拖動系統(tǒng)：拖動吊鉤及重物順著橋架做“縱向”運動。③副小車拖動系統(tǒng)：拖動吊鉤及重物順著橋架做“縱向”運動。④主吊鉤拖動系統(tǒng)：拖動重物作吊起或放下的上下運動。重物在空中具有位能，是位能負載。其特點是：重物上升，電機克服各種阻力（包括重物重力，磨擦阻力等）做功，屬于阻力負載；重物下降時，當重物重力大于阻力時，電機是能量的接受者，此時負載屬于動力負載，但當重物重力小于阻力時，重物下降還要靠電機的拖動，此時負載仍是阻力負載。⑤副吊鉤拖動系統(tǒng)：同主起升部分是一樣的，只是吊運的重量不同。

相對于提升機構(gòu)控制，橋式起重機在大車拖動以及小車拖動方面對于變頻器的控制要求比較低，所以本文重點介紹安川系列變頻器在提升（主起升系統(tǒng)）機構(gòu)控制上的應(yīng)用并且對平移（大車系統(tǒng)）機構(gòu)的設(shè)計進行了介紹。提升機構(gòu)的運轉(zhuǎn)具有大慣性，四象限運行的特點，與其他傳動機械相比，對變頻器有著更為苛刻的安全和性能上的要求。2、80/20T運行特征

(1)橋式起重機應(yīng)具有大的啟動轉(zhuǎn)矩，通常超過150%的額定轉(zhuǎn)矩，若考慮超載實驗等因素，至少應(yīng)在起動加速過程中提供200%的額定轉(zhuǎn)矩；

(2)由于機械制動器的存在，為使變頻器輸出轉(zhuǎn)矩與機械制動器的制動轉(zhuǎn)矩平滑切換，不產(chǎn)生溜鉤現(xiàn)象，必須充分研討變頻器啟動信號與機械制動器動作信號的控制時序；

(3)當起升機構(gòu)向下運行或平移機構(gòu)急減速時，電動機將處于再生發(fā)電狀態(tài)，其能量要向直流電源側(cè)回饋，必須根據(jù)不同的現(xiàn)場情況研討如何處理這部分再生能量；

(4)起升機構(gòu)在抓吊重物離開或接觸地面瞬間負載變化劇烈，變頻器應(yīng)能對這種沖擊性負載進行平滑控制。

（三）起升機構(gòu)組成

1、起升機構(gòu)電動機

電動機型號：YTSP 355M-10 110KW 轉(zhuǎn)速:600r/min；定子電流：215A

調(diào)速頻率范圍：0～50HZ 為了滿足80T變頻調(diào)速橋式起重機的安全穩(wěn)定的運行，選擇電動機應(yīng)滿足的要求:具有高啟動轉(zhuǎn)矩、低速滿轉(zhuǎn)矩、高絕緣等級、寬調(diào)速范圍、高效率和高可靠性等。起升、大車和小車運行機構(gòu)的驅(qū)動電動機均選用變頻調(diào)速三相異步電動機，經(jīng)過載荷換算和機械效率計算各運行機構(gòu)驅(qū)動電動機的數(shù)據(jù)如下: 電機容量的選擇 P≧GV/6120η

該起重機的起升速度是每分鐘10米，機械效率是0.7 電機容量＝（8000KG×10m）/（6120×0.7）

＝186KW 考慮到電機的自身損耗和其他損耗，以及對變頻器選擇方面的考慮，我們選取兩臺功率為110KW的電動機作為主起升機構(gòu)的驅(qū)動電機。

2、起升機構(gòu)變頻器

為了能滿足行車式起重機運行特點，即具有高啟動轉(zhuǎn)矩、低速滿轉(zhuǎn)矩、快速的轉(zhuǎn)矩上升時間和抱閘順序控制等功能的高性能工程型變頻器，變頻調(diào)速系統(tǒng)由主令控制器或電位器作為輸入給定，通過變頻調(diào)頻電控設(shè)備、限位開關(guān)、制動器等配合使用，來控制起重機的起升機構(gòu)等交流變頻異步電動機起、制動、可逆運轉(zhuǎn)與調(diào)速。我們選用的是安川CIMR-G7電流矢量控制變頻器。下面就變頻器容量的選擇做以下介紹：

變頻器的容量必須大于負載所需求的輸出，即: P0=K×PM/η×cosφ

式中:K—過載系數(shù)1.33；

PM—負載要求的電動機軸輸出功率，kW； η—電動機效率 0.85； cosφ—電動機的功率因數(shù) 0.9。

起升機構(gòu)要求的起動轉(zhuǎn)矩為1.3～1.6倍的額定轉(zhuǎn)矩，考慮到需有125%的超載要求，其最大轉(zhuǎn)矩需有1.6～2倍的額定轉(zhuǎn)矩，以確保其安全使用。對于拖動等額功率電動機的變頻器來說，可提供長達60s、150%額定轉(zhuǎn)矩的過載能力，因此過載系數(shù)k=2/1.5=1.33。

經(jīng)過計算，我們得出每臺變頻器的容量為175KW，故，選擇的變頻器為安川CIMR-G7 180KW變頻器，共用兩臺。

在變頻器容量選定后，還應(yīng)做電流驗證，即:

ICN≥kIM

式中:k—電流波形修正系數(shù)(PWM調(diào)制方式時取1.05～1.1)；

ICN—變頻器額定輸出電流，A； IM—工頻電源時的電動機額定電流，A；

80T變頻調(diào)速行車式起重機是雙驅(qū)動的起升機構(gòu)，起升機構(gòu)由兩臺電動機驅(qū)動一臺減速機，帶動兩個鋼絲繩卷筒進行轉(zhuǎn)動，再經(jīng)過動滑輪組多級減速提升吊鉤。該車的減速機為行星式差速減速機，在一臺電機出現(xiàn)故障時，可以單獨使用另一臺電機進行正常的吊運工作。圖2為安川變頻器外部接線圖；圖3為起升機構(gòu)變頻器控制回路運行原理圖；圖4為主回路運行原理圖。

圖2 安川變頻器外部接線圖

圖3

起升機構(gòu)控制回路運行原理圖

圖4

起升機構(gòu)主回路運行原理圖

3、工作原理

變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交—直—交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均

可控制的交流電源以供給電動機。

變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成，圖5和圖6所示為典型的變頻器主回路和控制回路原理圖。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。

圖5 變頻器主回路原理圖

圖6 變頻器控制回路原理圖

變頻器選擇從控制回路端子輸入運轉(zhuǎn)頻率指令，運轉(zhuǎn)指令由主令控制器提供。通過主令控制器的觸點閉合順序，將控制信號輸入到變頻器的多段速端子1、2、5、6、7、8，其中1、2端子是正反向控制信號，5、6、7、8端子是調(diào)速信號，為了和主令控制器閉合表相對應(yīng)，選擇使用：頻率指令

1、頻率指令

2、頻率指令

4、頻率指令8 和點動頻率。

之后，要進行參數(shù)設(shè)置，對起升機構(gòu)的參數(shù)設(shè)置，和平移機構(gòu)是有很大不同的，主要涉及到重物在吊運過程中的零速度力矩的問題。所以，在進行一些必要參數(shù)設(shè)置的同時，對電動機零速度和低速度下，重力負載曲線的設(shè)置是必不可少的。起升機構(gòu)變頻器參數(shù)的設(shè)置主要有以下幾方面：驅(qū)動方式設(shè)置、制動停車方式設(shè)置、多段速運行頻率設(shè)定、電動機的電壓和頻率選擇的設(shè)定、重力負載曲線的設(shè)置、電動機保護的設(shè)置、低速

度高轉(zhuǎn)矩的頻率設(shè)置等。

在對參數(shù)設(shè)置完成后，由控制器給入輸入信號后，變頻器便根據(jù)設(shè)定好的頻率和參數(shù)進行工作，起升機構(gòu)采用一拖一的開環(huán)V/f控制方式控制方式，可以滿足生產(chǎn)實踐的需要。

在圖紙可以看到這樣一個繼電器，它稱為：固態(tài)繼電器。加裝它的原因是因為變頻器的多功能輸出點（M1、M2）功率不夠大，直接驅(qū)動抱閘接觸器（ZDC）容易造成輸出點的損壞。通過它來控制制動器接觸器，延長了變頻器內(nèi)部接點的使用壽命。

在變頻器電源輸入端子（R、S、T）和電源之間，配有斷路器Q1和AC電抗器。其中斷路器Q1的容量為變頻器額定電流的1.8倍，感應(yīng)電流在30mA以上,可以檢出對人體有危險的高頻漏電流，防止事故的發(fā)生；而其AC電抗器和變頻器內(nèi)的電抗器以及輸出側(cè)的濾波器可有效改善電源側(cè)的功率因數(shù)，降低對外界的干擾。另外，在制動器接觸器側(cè)為了安全考慮，也安裝了斷路器Q2，來給制動器接觸器供電。

4、起升機構(gòu)一些主要參數(shù)的設(shè)置

A參數(shù)：A1-02 速度控制模式

B參數(shù)：B1-01 選擇頻率指令；B1-02 選擇運行指令；B1-03 選擇停車方式； C參數(shù)：C1-01 加速時間設(shè)定；C1-02 減速時間設(shè)定 D參數(shù)：D1-01~~D1-17 頻率指令設(shè)定

E參數(shù)：E1-01 設(shè)定輸入電壓；E1-03 設(shè)定V/F曲線 H參數(shù)：H1-01~~H1-10 多功能接點輸入設(shè)定 H2-01~~H2-05 多功能接點輸出設(shè)定 H3-01~~H3-12 模擬量輸入設(shè)定 H4-01~~H4-08 模擬量輸出設(shè)定

L參數(shù)：L2-02 瞬時停電補償時間；L2-03 最小基極封鎖時間；

L4-01 頻率檢出值；L4-02 頻率檢出幅；L4-03 頻率檢出幅度（+/-）

5、制動電阻

當采用變頻器傳動的起升機構(gòu)拖動位能性負載下放或平移機構(gòu)急減速、順風運行時，異步電動機將處于再生發(fā)電狀態(tài)。逆變器中的六個回饋二極管將傳動機構(gòu)的機械能轉(zhuǎn)換成電能回饋到中間直流回路，并引起儲能電容兩端電壓升高。若不采取必要的措施，當中間直流回路電容電壓升到保護極限值后變頻器將過電壓跳閘。

在高性能的工程型變頻器中，對連續(xù)再生能量的處理有以下兩種方案: 8

(1)在中間直流回路設(shè)置電阻器，讓連續(xù)再生能量通過電阻器以發(fā)熱的形式消耗掉，這種方式稱為動力制動；

(2)采用再生整流器方式，將連續(xù)再生能量送回電網(wǎng)，這種方式稱為回饋制動。動力制動方式控制簡單、成本低，但節(jié)能效果不如回饋制動?；仞佒苿臃绞诫m然節(jié)能效果好，能連續(xù)長時制動，但控制復(fù)雜、成本較高。應(yīng)該注意的是，只有在不易發(fā)生故障的穩(wěn)定電網(wǎng)電壓下(電網(wǎng)壓降不大于10%)，才可以采用回饋制動方式。在再生發(fā)電制動運行時，電網(wǎng)電壓的故障時間大于2ms，則變頻器控制板用“低電壓”故障切斷并斷開網(wǎng)側(cè)接觸器，退出回饋制動運行，從而造成制動不能連續(xù)進行的故障。這樣就需要進行電氣制動，也就是配置制動單元和制動電阻，制動單元的容量是根據(jù)變頻器的容量進行選擇的，而制動電阻的阻值就需要進行計算了。

制動電阻容量的計算：

（1）制動電阻的容量＝電機的容量（2）制動電阻的阻值計算： RB≦U2/PM

式中：RB－制動電阻阻值（Ω）

U－變頻器直流回路電壓（V），選取700V

PM－電機容量（KW）

帶入各種數(shù)據(jù)，制動電阻阻值＝700x700/110000＝4.45Ω。

（四）平移機構(gòu)的簡介

1、平移機構(gòu)的簡介

80/20T變頻調(diào)速行車式起重機的平移機構(gòu)分大車機構(gòu)、主小車平移機構(gòu)及副小車平移機構(gòu)，除了大車機構(gòu)采用一拖二的傳動方案外，其他兩種機構(gòu)均采用一拖一的傳動方案。由于起重機平移機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量較大，為了加速電動機需有較大的起動轉(zhuǎn)矩，因此行車式起重機平移機構(gòu)所需的電動機軸輸出功率Pm應(yīng)由負載功率Pj和加速功率Pa組成，即: Pm≥Pj+Pa

由于大車平移機構(gòu)采用一臺變頻器拖動兩臺電動機的通用V/F開環(huán)頻率控制方式，因此在變頻器容量選擇時，還要滿足以下公式: Icn≥knIm

式中:k—電流波形修正系數(shù)(PWM調(diào)制方式時取1.05~1.1)

Icn—變頻器額定輸出電流，A

Im—工頻電源時單臺電動機的額定電流，A

n—一一臺變頻器拖動的電動機數(shù)量

按照上述選型、計算公式進行換算，大車變頻器選定為 安川CIMR-G7 55KW，由于大車走行機構(gòu)是四臺電動機，所以大車變頻器為兩臺；一臺主小車變頻器選定為安川CIMR-G7 22KW；一臺副小車變頻器選定為安川CIMR-G7 15KW。

平移機構(gòu)的工作原理同起升機構(gòu)的原理基本相同，只是部分參數(shù)的設(shè)置與主起升變頻器的設(shè)置不相同，主要是重力負載曲線的設(shè)置、電動機保護的設(shè)置、低速度高轉(zhuǎn)矩的頻率設(shè)置等。由于起升機構(gòu)和平移機構(gòu)在運行過程中的負載情況不同，所以起升機構(gòu)的參數(shù)更為復(fù)雜一些，因此，在設(shè)置平移機構(gòu)參數(shù)時，這些參數(shù)的設(shè)置沒有起升機構(gòu)那么嚴格的要求。

首先，重力負載的曲線設(shè)置，可以選擇任意的曲線，基本上就可以滿足使用的要求；其次，電動機保護的設(shè)置，保護值的調(diào)整只需要將一些必要的保護設(shè)置好就可以，不像起升機構(gòu)設(shè)置的全面；第三，由于平移機構(gòu)的工作時的轉(zhuǎn)矩不需要像起升機構(gòu)運行時那么大的轉(zhuǎn)矩，因此，這部分的參數(shù)設(shè)置基本上可以忽略不計。

2、平移機構(gòu)一些主要參數(shù)的設(shè)置

A參數(shù)：A1-02 速度控制模式

B參數(shù)：B1-01 選擇頻率指令；B1-02 選擇運行指令；B1-03 選擇停車方式； C參數(shù)：C1-01 加速時間設(shè)定；C1-02 減速時間設(shè)定 D參數(shù)：D1-01~~D1-17 頻率指令設(shè)定

E參數(shù)：E1-01 設(shè)定輸入電壓；E1-03 設(shè)定V/F曲線 H參數(shù)：H1-01~~H1-10 多功能接點輸入設(shè)定 H2-01~~H2-05 多功能接點輸出設(shè)定 H3-01~~H3-12 模擬量輸入設(shè)定 H4-01~~H4-08 模擬量輸出設(shè)定

圖5平移機構(gòu)變頻器運行原理圖。

（五）變頻器的安裝調(diào)試

1、變頻器的安裝

(1)安裝使用環(huán)境

變頻器應(yīng)避開油膩，風棉，塵埃等有浮游物的環(huán)境，安裝在干燥清潔的場所，或安裝在浮游物無法侵入的全封閉型柜內(nèi)。安裝在柜內(nèi)時，變頻器周圍環(huán)境溫度要在允許溫度范圍之內(nèi)，變頻器正常使用的環(huán)境溫度容許值為0～40℃，但80/20T變頻調(diào)速起重機主要用于吊裝液體金屬（鋼水或者鐵水），環(huán)境溫度比較高，尤其是在夏季，環(huán)境溫度能夠達到50~60度，對于變頻器來說不能滿足變頻器使用環(huán)境溫度的要求。由于不能把變頻器的環(huán)境溫度限制在其允許值以下，因此只能在環(huán)境溫度上進行解決，通常采用下述方法來保證它們的正常運行：第一，降低電控柜內(nèi)的溫升，在其頂部安裝冷卻風扇，下方設(shè)有帶金屬絲網(wǎng)的進氣孔，并讓大發(fā)熱量器件盡量靠近冷空氣進風口，提高散熱效率，使空氣對流暢通；第二，將設(shè)備安裝在電氣室內(nèi)，并在電氣室內(nèi)加裝空調(diào)器，進行溫度調(diào)節(jié)，以保證變頻器在適合的環(huán)境溫度下工作。

(2)電磁兼容性

現(xiàn)在市場上出售的變頻器大多采用不可控整流電源及PWM脈寬調(diào)制技術(shù)，致使變頻器輸出電流富含各種高次諧波，屬于強電磁干擾源。因此，消除或減弱干擾的方法針對干擾形成的三項因素，即干擾源、干擾途徑和敏感電路，我們采取了以下兩方面的措施。

一、是消除或降低干擾源的強度。變頻器屬于強電磁干擾源，為了減少諧波污染造成的干擾，盡量降低變頻器的載波頻率。本例中，所有變頻器的載波頻率設(shè)為2kHz。

二、是破壞干擾途徑，防止干擾侵入敏感電路。長線傳輸引入的干擾是主要因素。為了在強電磁干擾環(huán)境中減小過程通道中的干擾，80/20T變頻調(diào)速行車式起重機采用了以下技術(shù)措施。變頻器的輸入信號線與動力線在電控柜內(nèi)和主梁內(nèi)分開走線，且沿各自的線槽進行配線，并使二者之間保持盡可能大的距離。

2、變頻器的接線及注意事項

（1）.主回路接線要求

變頻調(diào)速起重機起升機構(gòu)變頻器采用直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）方式，它們要使用電動機的一些電機常數(shù)，而數(shù)據(jù)的獲得是由變頻器的參數(shù)自檢程序來完成的，如果按常規(guī)的導線發(fā)熱校驗選擇電機的配線，必然把長距離線路阻抗加入到參數(shù)自檢測出的電機數(shù)據(jù)中，引起變頻器的控制精度下降，達不到控制要求。變頻器與電動機之間的電纜敷設(shè)距離過長會引起線路壓降大，有時產(chǎn)生電機轉(zhuǎn)矩不足等問題，特別是變頻器輸出頻率較低時其輸出電壓也低，線路壓降所占的比例增大。變頻器與電機間的線路壓降以不超過額定電壓的2%為允許值，布線時電機電纜的截面積可據(jù)此來選擇。

由于在變頻器的輸出布線中存在寄生電容，其容量與電機電纜的長度成正比，電機電纜的寄生電容容量越大，變頻器輸出電纜中的漏電流也越大，從而造成變頻器的出力不夠，所以在主回路布線過程中要力求減小變頻器到電動機的電纜長度。

（2）.控制回路接線要求

變頻器的控制信號為微弱的電壓，電流信號，所以與主回路不同，變頻器的輸出回路是強電磁干擾源，因此，變頻器控制回路的布線不能與主回路配線在同一根鐵管或同一配線槽內(nèi)，信號線與動力線必須分開走線，使用模擬量信號進行遠程控制變頻器時，為了減少模擬量受來自變頻器和其他設(shè)備的干擾，必須將控制變頻器的信號線與強電回路（主回路及順控回路）分開走線，距離應(yīng)在30cm以上。即使在控制柜內(nèi)，同樣要保持這樣的接線規(guī)定，該信號與變頻器之間的控制回路線最長不得超過50m。

信號線與動力線必須分別放置在不同的金屬管道或者金屬軟管內(nèi)部，連接PLC和變頻器的信號線如果不放置在金屬管道內(nèi)，極易受到變頻器和外部設(shè)備的干擾，同時由于變頻器無內(nèi)置的電抗器，所以變頻器的輸入和輸出級動力線對外部會產(chǎn)生極強的干擾，因此，放置信號線的金屬管或金屬軟管一直要延伸到變頻器的控制端子處，以保證信號線與動力線的徹底分開。

模擬量控制信號線應(yīng)使用雙股絞合屏蔽線，電線規(guī)格為0.75mm～2mm。在接線時一定要注意，電纜剝線要盡可能的短（約5～7mm），同時對剝線以后的屏蔽層要用絕緣膠布包起來，以防止屏蔽線與其他設(shè)備接觸引入干擾。為了提高接線的簡易性和可靠性，最好在信號線上使用壓線棒端子。

3、運行前的測試

1、靜態(tài)測試（1）測試整流電路

找到變頻器內(nèi)部直流電源的P端和N端，將萬用表調(diào)到電阻X10檔，紅表棒接到P，黑 表棒分別依到R、S、T，應(yīng)該有大約幾十歐的阻值，且基本平衡。相反將黑表棒接到P端，紅表棒依次接到R、S、T，有一個接近于無窮大的阻值。將紅表棒接到N端，重復(fù)以上步驟，都應(yīng)得到相同結(jié)果。如果有以下結(jié)果，可以判定電路已出現(xiàn)異常，A.阻值三相不平衡，可以說明整流橋故障。B.紅表棒接P端時，電阻無窮大，可以斷定整流橋故障或起動電阻出現(xiàn)故障。

（2）、測試逆變電路

將紅表棒接到P端,黑表棒分別接U、V、W上，應(yīng)該有幾十歐的阻值，且各相阻值基本相同，反相應(yīng)該為無窮大。將黑表棒接到N端，重復(fù)以上步驟應(yīng)得到相同結(jié)果，否則可確定逆變模塊故障。

2、動態(tài)測試

在靜態(tài)測試結(jié)果正常以后，才可進行動態(tài)測試，即上電試機。在上電前后必須注意以下幾點:（1）上電之前，須確認輸入電壓是否有誤，將380V電源接入220V級變頻器之中會出現(xiàn)炸機（炸電容、壓敏電阻、模塊等）。

（2）檢查變頻器各接播口是否已正確連接,連接是否有松動,連接異常有時可能導致變頻器出現(xiàn)故障,嚴重時會出現(xiàn)炸機等情況。

（3）上電后檢測故障顯示內(nèi)容,并初步斷定故障及原因。

（4）如未顯示故障,首先檢查參數(shù)是否有異常,并將參數(shù)復(fù)歸后,進行空載(不接電機)情況下啟動變頻器,并測試U、V、W三相輸出電壓值。如出現(xiàn)缺相、三相不平衡等情況，則模塊或驅(qū)動板等有故障。

（5）在輸出電壓正常（無缺相、三相平衡）的情況下，帶載測試。測試時，最好是滿負載測試。

(1)變頻器主回路

80/20T變頻調(diào)速起重機起升機構(gòu)的變頻器采用直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)方式，它們要使用電動機的一些電機常數(shù)，而數(shù)據(jù)的獲得是由變頻器的參數(shù)自檢測程序（變頻器的自學習功能）來完成的。如果按常規(guī)的導線發(fā)熱校驗選擇電機的配線，必然把長距離線路阻抗加入到了參數(shù)自檢測出的電機數(shù)據(jù)中，引起變頻器的控制精度下降，達不到控制要求。另外，變頻器與電動機之間的電纜敷設(shè)距離長，則線路壓降大，有時產(chǎn)生電機轉(zhuǎn)矩

不足。特別是變頻器輸出頻率較低時，其輸出電壓也低，線路壓降所占的比例增大。變頻器與電機間的線路壓降以不超過額定電壓的2%為容許值，電機電纜的截面可據(jù)此來選擇。

由于在變頻器的輸出布線中存在寄生電容，其容量與電機電纜的長度成正比，電機電纜的寄生電容容量越大，采用PWM控制方式的變頻器輸出電纜中的漏電流也越大，從而造成變頻器的出力不夠。所以在行車式起重機的布線設(shè)計中，應(yīng)力求減小變頻器到電動機的電纜的長度總和。

(2)控制回路

變頻器的控制信號為微弱的電壓、電流信號，所以與主回路不同，變頻器的輸出回路是強電磁干擾源，因此，變頻器控制回路的配線不能與變頻器主回路配線在同一根鐵管或同一配線槽內(nèi)敷設(shè)。為了進一步提高抗干擾效果，本例采用1.0mm2絕緣屏蔽導線傳輸變頻器與主令控制器之間的控制信號。絕緣屏蔽導線的接地在變頻器側(cè)進行單點接地，使用專用的接地端子。

4、調(diào)試

（1）、變頻器帶電機空載調(diào)試

1）設(shè)置電機的功率、極數(shù)，要綜合考慮變頻器的工作電流。

2）設(shè)定變頻器的最大輸出頻率、基頻、設(shè)置轉(zhuǎn)矩特性。最高頻率是變頻器/電動機系統(tǒng)可以運行的最高頻率，由于變頻器自身的最高頻率可能較高，當電動機容許的最高頻率低于變頻器的最高頻率時，應(yīng)按電動機及其負載的要求進行設(shè)定?；绢l率是變頻器對電動機進行恒功率控制和恒轉(zhuǎn)矩控制的分界線，應(yīng)按電動機的額定電壓進行設(shè)定。轉(zhuǎn)矩類型指的負載是恒轉(zhuǎn)矩負載還是變轉(zhuǎn)矩負載。用戶根據(jù)變頻器使用說明書中的V/F 類型圖和負載特點，選擇其中的一種類型。通用變頻器均備有多條V/F 曲線供用戶選擇，用戶在使用時應(yīng)根據(jù)負載的性質(zhì)選擇合適的V/F 曲線。如果是風機和泵類負載，要將變頻器的轉(zhuǎn)矩運行代碼設(shè)置成變轉(zhuǎn)矩和降轉(zhuǎn)矩運行特性。為了改善變頻器啟動時的低速性能，使電機輸出的轉(zhuǎn)矩能滿足生產(chǎn)負載啟動的要求，要調(diào)整啟動轉(zhuǎn)矩。在異步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)矩的控制較復(fù)雜，在低頻段，由于電阻、漏電抗的影響不容忽略，若仍保持VPF為常數(shù)，則磁通將減小，進而減小了電機的輸出轉(zhuǎn)矩。為此，在低頻段要對電壓進行適當補償以提升轉(zhuǎn)矩，一般變頻器均由用戶進行人工設(shè)定補償。

3）將變頻器設(shè)置為自帶的鍵盤操作模式，按運行鍵、停止鍵，觀察電機是否能正常地啟動、停止。

4）熟悉變頻器運行發(fā)生故障時的保護代碼，觀察熱保護繼電器的出廠值，觀察過載保護的設(shè)定值，需要時可以修改。變頻器的使用人員可以按變頻器的使用說明書，對

變頻器的電子熱繼電器功能進行設(shè)定，電子熱繼電器的門限值定義為電動機和變頻器兩者的額定電流的比值，通常用百分數(shù)表示。當變頻器的輸出電流超過其容許電流時，變頻器的過電流保護將切斷變頻器的輸出。因此，變頻器電子熱繼電器的門限最大值不超過變頻器的最大容許輸出電流。

（2）變頻器帶負載調(diào)試

1）手動操作變頻器面板的運行停止鍵，觀察電機運行停止過程及變頻器的顯示窗，看是否有異?，F(xiàn)象。

2）如果啟動、停止電機過程中變頻器出現(xiàn)過流保護動作，應(yīng)重新設(shè)定加速、減速時間。電機在加、減速時的加速度取決于加速轉(zhuǎn)矩，而變頻器在啟、制動過程中的頻率變化率是用戶設(shè)定的。若電機轉(zhuǎn)動慣量或電機負載變化，按預(yù)先設(shè)定的頻率變化率升速或減速時，有可能出現(xiàn)加速轉(zhuǎn)矩不夠，從而造成電機失速，即電機轉(zhuǎn)速與變頻器輸出頻率不協(xié)調(diào)，從而造成過電流或過電壓。因此，需要根據(jù)電機轉(zhuǎn)動慣量和負載合理設(shè)定加、減速時間，使變頻器的頻率變化率能與電機轉(zhuǎn)速變化率相協(xié)調(diào)。檢查此項設(shè)定是否合理的方法是先按經(jīng)驗選定加、減速時間進行設(shè)定，若在啟動過程中出現(xiàn)過流，則可適當延長加速時間;若在制動過程中出現(xiàn)過流，則適當延長減速時間。另一方面，加、減速時間不宜設(shè)定太長，時間太長將影響生產(chǎn)效率，特別是頻繁啟動、制動時。

3）如果變頻器在限定的時間內(nèi)仍然是過流保護，應(yīng)改變啟動、停止的運行曲線，從直線改為S形、U形線或反S形、反U形線。電機負載慣性較大時，應(yīng)該采用更長的啟動停止時間，并且根據(jù)其負載特性設(shè)置運行曲線類型。

4）如果變頻器仍然存在運行故障，應(yīng)嘗試增加最大電流的保護值，但是不能取消保護，應(yīng)留有至少10%～20%的保護余量。

5）如果變頻器運行故障還是發(fā)生，應(yīng)更換更大一級功率的變頻器。

（六）常見故障分析

1、變頻器整流模塊損壞

變頻器整流模塊的損壞是變頻器的常見故障之一，早期生產(chǎn)的變頻器整流模塊均采用二極管，目前，大部分整流模塊則采用晶閘管。中大功率普通變頻器整流模塊一般為三相全波整流，整流器件易過熱，也易被擊穿，當其損壞后伴隨著快速熔斷器熔斷，整機停機。在更換整流模塊時，要求其在與散熱片接觸的面上均勻地涂上一層傳熱性能良好的硅脂，再緊固安裝螺絲。如果沒有同型號整流模塊時，可用同容量的其他類型的整流模塊代替。

2、變頻器充電電路故障

通用變頻器一般為電壓型變頻器，采用交—直—交工作方式，由于直流側(cè)的平波電容容量較大，在變頻器接入電源的一瞬間充電電流很大，可能導致電源開關(guān)跳閘，為此在充電回路中設(shè)置一個起動電阻來限制充電電流，而在充電完成后，控制電路通過接觸器的觸點或晶閘管將電阻短路，充電電路故障一般表現(xiàn)為起動電阻被燒壞，變頻器報警顯示為直流母線電壓故障。當變頻器的交流輸入電源頻繁通斷時，或者短路接觸器的觸點接觸不良或晶閘管的導通阻值變大時，都會導致起動電阻被燒壞，如遇這種情況，可購買同規(guī)格的電阻更換。同時必須找出燒壞電阻的原因，如果故障是由輸入電源頻繁通斷引起的，必須消除這種現(xiàn)象，如果故障是由短路接觸器觸點或短路晶閘管引起，則必須更換這些元器件，才能再將變頻器投入使用。

3、變頻器顯示過流

過流故障可分為加速、減速、恒速過電流。其原因是變頻器的加減速時間太短、負載發(fā)生突變、負荷分配不均，輸出短路等因素引起的。這時一般可通過延長加減速時間、減少負荷的突變、外加能耗制動元件、進行負荷分配設(shè)計、對線路進行檢查。如果斷開負載，變頻器還是過流故障，說明變頻器逆變電路已損壞，需要更換變頻器。

系統(tǒng)在工作過程中出現(xiàn)過電流，具體有以下幾方面：

（1）電動機遇到?jīng)_擊負載或傳動機構(gòu)出現(xiàn)“卡住”現(xiàn)象時，引起電動機電流的突然增加。

（2）變頻器的輸出側(cè)短路，如輸出端到電動機之間的連接線發(fā)生相互短路，或電動機內(nèi)部發(fā)生短路等。

（3）變頻器自身工作不正常，如逆變橋中同一個橋臂的上、下兩個器件發(fā)生“直通”，使直流電壓的正、負極間處于短路狀態(tài)。

（4）負載的慣性較大，而升速時間設(shè)定得太短時，電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速因負載慣性較大而跟不上去，結(jié)果使升速電流太大。

（5）負載的慣性較大，而降速時間設(shè)定得太短時，電動機轉(zhuǎn)子因負載的慣性大，仍維持較高的轉(zhuǎn)速，結(jié)果使轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度太大而產(chǎn)生過電流。

針對上述故障現(xiàn)象主要檢查以下幾個方面：（1）工作機械有沒有被卡住。（2）用兆歐表檢查負載側(cè)短路點。（3）變頻器功率模塊有沒有損壞。

（4）電動機的起動轉(zhuǎn)矩是否過小，使拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)不起來。（5）升速時間設(shè)定是否太短。

（6）減速時間設(shè)定是否太短。

（7）轉(zhuǎn)矩補償（V/F比）設(shè)定是否太大，引起低頻時空載電流過大。

（8）電子熱繼電器整定是否不當，動作電流設(shè)定得太小，引起變頻器誤動作。

4、變頻器過壓欠壓保護動作

變頻器出現(xiàn)過壓欠壓保護動作，大多是由電網(wǎng)電壓的波動引起的。在變頻器供電回路中，若存在大負荷電機的直接啟動或停車，會引起電網(wǎng)電壓瞬間大范圍波動，導致變頻器過壓欠壓保護動作，而不能正常工作。這種情況一般不會持續(xù)太久，電網(wǎng)電壓波動過后即可正常運行，而這種情況只有增大供電變壓器容量，改善電網(wǎng)質(zhì)量才能避免。

另外，變頻器出現(xiàn)過壓故障還可能是由于變頻器驅(qū)動大慣性負載，因為在這種情況下，變頻器的減速停止屬于再生制動，在停止過程中，變頻器的輸出頻率按線性下降，而負載電機的頻率高于變頻器的輸出頻率，負載電機處于發(fā)電狀態(tài)，機械能轉(zhuǎn)化為電能，并被變頻器直流側(cè)的平波電容吸收，當這種能量足夠大時，變頻器直流側(cè)的電壓就會超過直流母線的過電壓保護整定值而跳閘。對于這種故障，一是將減速時間參數(shù)設(shè)置長一些，或增大制動電阻，或增加制動單元；二是將變頻器的停止方式設(shè)置為自由停車。

另一種情況是變頻器整流部分損壞或檢測電路損壞而引起故障報警，電壓檢測一般都是通過對直流母線電壓采樣，然后與過電壓保護整定值進行比較，再將比較差值傳送到微控制器。如果整流橋、濾波電容、采樣電路或比較電路中任一器件出現(xiàn)問題，都會出現(xiàn)這種報警。

5、驅(qū)動電路故障

變頻器的逆變驅(qū)動電路也容易發(fā)生故障。一般有明顯的損害痕跡，諸如元器件（電容、電阻、二極管及印刷版）爆裂、變色、斷線等異?，F(xiàn)象，但不會出現(xiàn)驅(qū)動電路全部損害的情況。處理方法一般是按照原理圖，每組驅(qū)動電路逐級尋找故障點。處理時首先對整塊電路板清灰除污，如發(fā)現(xiàn)電路斷線，則進行補線處理，查出損壞的元器件進行更換，根據(jù)經(jīng)驗分析，對懷疑的元器件，進行測量、對比、替代等方法判斷，有的元器件需要離線測定。驅(qū)動電路修復(fù)后，應(yīng)用示波器觀察各組驅(qū)動電路信號的輸出波形，如果三相脈沖大小、相位不相等，則驅(qū)動電路仍然有異常（更換的元器件參數(shù)不匹配，也會引起這類現(xiàn)象），應(yīng)重復(fù)檢查處理。大功率晶體管驅(qū)動電路的損壞也是導致過流保護動作的原因之一，驅(qū)動電路損壞表現(xiàn)出來最常見的現(xiàn)象是缺相，三相輸出電壓不相等，三相電流不平衡等特征。

6、電機發(fā)熱變頻器顯示過載

過載故障包括變頻過載和電機過載，其可能是加速時間太短，電網(wǎng)電壓太低、負載過重等原因引起的。一般可通過延長加速時間、延長制動時間、檢查電網(wǎng)電壓等，負載

過重，所選的電機和變頻器不能拖動該負載，也可能是由于機械潤滑不好引起。如前者則必須更換大功率的電機和變頻器；如后者則要對生產(chǎn)機械進行檢修。

對于已經(jīng)投入運行的變頻器如果出現(xiàn)這種故障，就必須檢查負載的狀況。對于新安裝的變頻器如果出現(xiàn)這種故障，很有可能是V/F曲線設(shè)置不當或電機參數(shù)設(shè)置有問題。如一臺新裝變頻器，驅(qū)動的變頻電機，額定參數(shù)為220V/50Hz，而變頻器出廠時設(shè)置參數(shù)為380 V/50 HZ。由于安裝人員沒有正確設(shè)定變頻器的V/F參數(shù)，導致電機運行一段時間后轉(zhuǎn)子出現(xiàn)磁飽和，致使電機轉(zhuǎn)速降低，過載而發(fā)熱。所以，在新變頻器使用之前，必須設(shè)置好相應(yīng)參數(shù)。另外，使用變頻器的無速度傳感器矢量控制方式時，若沒有正確設(shè)置負載電機的額定電壓、電流、容量等參數(shù)，也會導致電機過載發(fā)熱。還有一種情形是設(shè)置的變頻器載波頻率過高時，也會導致電機發(fā)生過載發(fā)熱。最后一種情況是變頻器經(jīng)常處于低頻段工作，使電機長時間在低頻段工作，電機散熱效果又不好，致使電機工作一段時間后過載發(fā)熱，對于這種情況，需加裝散熱裝置。

（七）日常維護

1、變頻器的日常維護及注意事項

變頻器在運行過程中經(jīng)常會出現(xiàn)一些故障，而這些故障并不是變頻器本身的原因造成的，多是由于設(shè)備操作管理人員維護不當或維護不及時引起的，有些變頻器長期缺乏正常日常維護，造成變頻器內(nèi)灰塵多、元器件老化加速，故障頻發(fā)。

因此設(shè)備維護人員必須熟悉變頻器的基本工作原理、功能特點，具有電工操作基本知識。在對變頻器檢查及保養(yǎng)之前，必須在設(shè)備總電源全部切斷；并且等變頻器Chang燈完全熄滅的情況下進行。日常的維護有以下幾個方面：

1）、日常檢查事項

變頻器上電之前應(yīng)先檢測周圍環(huán)境的溫度及濕度，溫度過高會導致變頻器過熱報警，嚴重時會直接導致變頻器功率器件損壞、電路短路；空氣過于潮濕會導致變頻器內(nèi)部直接短路。在變頻器運行時要注意其冷卻系統(tǒng)是否正產(chǎn)，如：風道排風是否流暢，風機是否有異常聲音。一般防護等級比較高的變頻器如：IP20以上的變頻器可直接敞開安裝，IP20以下的變頻器一般應(yīng)是柜式安裝，所以變頻柜散熱效果如何將直接影響變頻器的正常運行，變頻器的排風系統(tǒng)如風扇旋轉(zhuǎn)是否流暢，進風口是否有灰塵及阻塞物都是我們?nèi)粘z查不可忽略的地方。電動機電抗器、變壓器等是否過熱，有異味；變頻器及馬達是否有異常響聲；變頻器面板電流顯示是否偏大或電流變化幅度太大，輸出UVW三相電壓與電流是否平衡等。

a、加強變頻器的規(guī)范化使用管理，建立變頻器的日常保養(yǎng)維護制度

設(shè)立專人負責保養(yǎng)，具體內(nèi)容有做好運行數(shù)據(jù)記錄和故障記錄，定期測量變頻器及電機的運行數(shù)據(jù)，包括變頻器輸出頻率，輸出電流，輸出電壓，變頻器內(nèi)部直流電壓，散熱器溫度，工作環(huán)境溫度、濕度等參數(shù)，與合理數(shù)據(jù)對照比較，以利于提早發(fā)現(xiàn)故障隱患；變頻器如發(fā)生故障跳閘，務(wù)必記錄故障代碼和跳閘時變頻器的運行工況，以便于具體分析故障原因。

b、加強日常檢查

最好每半月檢查一次，檢查、記錄運行中的變頻器輸出三相電壓，并注意比較他們之間的平衡度；檢查記錄變頻器的三相輸出電流，并注意比較他們之間的平衡度；檢查記錄散熱器溫度，工作環(huán)境溫度；察看變頻器有無異常振動、聲響，風扇是否運轉(zhuǎn)正常。

c、加強變頻器的日常保養(yǎng)

做到變頻器每季度保養(yǎng)一次，要及時清除變頻器內(nèi)部的積灰、臟物，將變頻器保持清潔，操作面板清潔光亮；在保養(yǎng)的同時要仔細檢查變頻器內(nèi)有無發(fā)熱變色部分，阻尼電阻有無開裂，電解電容有無膨脹、漏液、防爆孔突出等現(xiàn)象，PBC板有無異常，有沒有發(fā)熱燒黃部位等。

2）、定期保養(yǎng)

進行定期保養(yǎng)和維護時，主要應(yīng)清掃空氣過濾器冷卻風道及內(nèi)部灰塵。檢查螺絲釘、螺栓以及即插件等是否松動，輸入輸出電抗器的對地及相間電阻是否有短路現(xiàn)象，正常應(yīng)大于幾十兆歐。導體及絕緣體是否有腐蝕現(xiàn)象，如有要及時用酒精擦拭干凈。在條件允許的情況下，要用示波器測量開關(guān)電源輸出各電路電壓的平穩(wěn)性，如：5V、12V、15V、24V等電壓。測量驅(qū)動器電路各路波形的方法是否有畸變。U、V、W相間波形是否為正弦波。接觸器的觸點是否有打火痕跡，嚴重的要更換同型號或大于原容量的新品；確認控制電壓的正確性，進行順序保護動作試驗；確認保護顯示回路無異常；確認變頻器在單獨運行時輸出電壓的平衡度。

（八）結(jié)束語

結(jié)束語：

隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展完善，交流變頻調(diào)速技術(shù)日益顯現(xiàn)出優(yōu)異的控制及調(diào)速性能，高效率、易維護等特點，加之它的價格不斷下降，使其成為起重機械一種優(yōu)選的調(diào)速方案。但是，要使變頻器成功地應(yīng)用于起重機調(diào)速，就必須針對起重機的特點，計算和選擇變頻器及其外圍的輔件，并在安裝與布線時采取特殊技術(shù)措施，以保證變頻調(diào)速起重機安全、可靠地運行。本文提出的變頻調(diào)速控制方案和設(shè)計計算方法已成功應(yīng)

用于我公司的接收跨、出坯跨的起重機上。經(jīng)過幾年多的實際運行證明，各項調(diào)速性能均優(yōu)于傳統(tǒng)的繞線異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)，再加上變頻器完善的故障診斷和顯示功能，使整個調(diào)速系統(tǒng)的可靠性、可維修性得到大幅度提高。

參考文獻

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第四篇：現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)及其在除塵電機調(diào)速中的應(yīng)用

現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)及其在除塵電機調(diào)速中的應(yīng)用

康玉龍

（河北鋼鐵集團宣鋼公司焦化廠 075100）

摘要：本文以現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢為背景，介紹中壓交-直-交電壓型H橋級聯(lián)變頻器的工作原理、控制方式和技術(shù)優(yōu)缺點，并通過宣鋼焦化廠除塵電機變頻與液力耦合器不同調(diào)速方式下的對比分析，指出變頻調(diào)速在高壓大功率風機上使用的優(yōu)越性能和良好的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：交流調(diào)速 中壓H橋級聯(lián)變頻器 除塵風機 干法熄焦 節(jié)能

0前言

電力電子技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了采用半導體開關(guān)器件的交流調(diào)速系統(tǒng)，隨著對大規(guī)模集成電路和計算機控制技術(shù)的研究，以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，促進了各種類型的交流調(diào)速技術(shù)的飛速發(fā)展，如串聯(lián)調(diào)速系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、無換向器電動機調(diào)速系統(tǒng)及矢量控制調(diào)速和直接轉(zhuǎn)矩調(diào)速系統(tǒng)等。其中變頻器作為較為成熟的高科技調(diào)速產(chǎn)品，其性能穩(wěn)定、操作調(diào)節(jié)方便、自動化程度高、節(jié)能效果明顯等優(yōu)點，已普及國民經(jīng)濟各部門的傳動領(lǐng)域，得到了廣泛的推廣應(yīng)用。

1交流調(diào)速技術(shù)概況

1.1應(yīng)用領(lǐng)域

1.1.1通用機械的節(jié)能調(diào)速

通用機械指風機、泵、壓縮機等，量大而廣，應(yīng)用于各行各業(yè)。此類機械由交流電動機驅(qū)動，經(jīng)調(diào)速改造，替代原有擋板及閥門調(diào)節(jié)，使其風量、流量可實現(xiàn)連續(xù)平滑和快速精確控制，優(yōu)化了工藝控制過程，有助于提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。

1.1.2工藝調(diào)速

由于機械設(shè)備的工藝需要，要求驅(qū)動電動機必須調(diào)速運行的傳動系統(tǒng)，如金屬加工、造紙、提升等機械的傳動系統(tǒng)。1.1.3牽引調(diào)速

各種電動機車及船舶等運輸機械的電驅(qū)動系統(tǒng)，要求在運行中及時調(diào)速，屬于工藝調(diào)速范疇，但有許多不同于一般機械的特殊要求，如供電電源、設(shè)備尺寸、散熱及防護要求等，正由于牽引機械對設(shè)備尺寸、防護嚴格要求及交流較直流調(diào)速的優(yōu)勢，交流牽引調(diào)速取得更快發(fā)展。1.1.4特殊調(diào)速

某些應(yīng)用場合為滿足用戶對調(diào)速特殊要求的調(diào)速系統(tǒng)，如轉(zhuǎn)速6000r/min以上的高速系統(tǒng)，調(diào)速范圍1:50000至1:100000的極寬調(diào)速系統(tǒng)，只有采用特殊的永磁交流電動機才能實現(xiàn)。1.2調(diào)速用電力電子裝置

交流調(diào)速用電力電子裝置有交流調(diào)壓裝置和變頻裝置兩大類。現(xiàn)有交流調(diào)壓裝置僅晶閘管交流調(diào)壓器一種，變頻裝置有交-直-交間接變頻器和交-交直接變頻器兩種，其中交-直-交間接變頻器又分為電壓型和電流型型兩種，電壓型儲能元件為電容，在控制規(guī)律不變而負載變化時輸出電壓基本不變，電流型儲能元件為電感，在控制規(guī)律不變而負載變化時輸出電流基本不變。1.3發(fā)展趨勢

1.3.1電力電子器件與材料的更新

在提高現(xiàn)有電力電子開關(guān)器件的同時，研發(fā)新型大容量電力電子器件，通過降低MOSFET通態(tài)電阻，提高電壓；研制集成電力電子模塊（簡稱IPEM）實現(xiàn)標準化、模塊化、高效率、低成本、低污染、可編程；采用新型半導體材料碳化硅（SiC），其工作溫度可達600℃，PN結(jié)耐壓可達5000KV以上，導通電阻小，導熱性能好，漏電流特別小。1.3.2控制策略和手段研究

在以矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)為中心的控制理論不斷完善的研究中，開辟了自適應(yīng)和滑膜變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、無速度傳感器控制系統(tǒng)等。

2中壓交-直-交電壓型H橋級聯(lián)變頻器

隨著交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，作為大容量傳動的高壓變頻調(diào)速技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用并取得了良好的效果，其中電壓型H橋級聯(lián)變頻器由于其電壓畸變率小、功率因數(shù)高、逆變模塊技術(shù)要求低、技術(shù)成熟、運行效果好等特點，得到了廣泛的應(yīng)用。2.1工作原理

電壓型H橋級聯(lián)變頻器中每一項都由多個H橋功率單元串聯(lián)而成，串聯(lián)數(shù)取決于變頻器輸出電壓等級，每個H橋由4個IGBT構(gòu)成，并用獨立彼此隔離的整流電源供電。

圖一 H橋級聯(lián)變頻器和H級功率單元

2.2控制方式

H橋級聯(lián)變頻器的輸出電壓電平數(shù)多，通常采用三角載波比較法實現(xiàn)PWM（脈寬調(diào)制），通過給定頻率的等腰三角載波與給定頻率的正弦調(diào)制波相比較，以二者交點確定功率單元中逆變器的開關(guān)時刻，使脈沖寬度按正弦規(guī)律變化，輸出頻率等于且幅值正比于指定調(diào)制電壓的基波成分。2.3特點及問題

此類H橋級聯(lián)變頻器使用1200V或1700V低壓IGBT不需均壓措施，且輸出電壓電平數(shù)多，電壓畸變率小，電壓波形每次跳變幅值小，無需輸出濾波器，同時輸入整流橋數(shù)多，通過輸入變壓器二次繞組移相，進線交流電流諧波小，功率因數(shù)高。

但是由于H橋級聯(lián)數(shù)多，主電路復(fù)雜，儲能電解電容技術(shù)要求高，可靠性受一定影響；整流電源數(shù)多，電機制動再生能量吸收或回饋技術(shù)實現(xiàn)難度大、成本高。

3除塵高壓風機中的應(yīng)用

除塵風機作為焦化行業(yè)環(huán)保除塵環(huán)節(jié)中重要設(shè)備，其運行狀態(tài)將直接影響煙塵回收處理效果。現(xiàn)以河北鋼鐵集團宣鋼公司焦化廠1#、2#干熄焦地面除塵風機調(diào)速方式為例，對比分析變頻和液力耦合調(diào)速方式下的風機運行技術(shù)特點。3.1工藝概況

干法熄焦過程中會產(chǎn)生大量焦灰塵和有害物，這些有害物不僅對現(xiàn)場操作人員造成危害，而且將對環(huán)境造成嚴重污染，為消除生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵，由除塵風機負壓收集各收塵點含塵氣體經(jīng)管道送至脈沖布袋除塵站，凈化后排放至大氣。根據(jù)宣鋼焦化廠干熄焦除塵工藝所需除塵風量，綜合考慮系統(tǒng)漏風等因素，選用10KV 800KW單吸入離心式除塵風機。

其中1#干熄焦2010年投產(chǎn)，設(shè)計初期，由于考慮高壓變頻器投資高、技術(shù)不夠成熟、市場應(yīng)用不普及等多方面因素，該項目除塵風機設(shè)計為液力耦合調(diào)速方式；隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，高壓變頻基本成熟，其性能穩(wěn)定、控制操作方便，節(jié)能明顯等優(yōu)點得到普遍認可，2#干熄焦除塵風機2014年設(shè)計采用高壓變頻調(diào)速方式，裝焦時高速運行，非裝焦時低速運行。3.2二者調(diào)速性能比較 3.2.1調(diào)速效率

液力耦合器是裝于電動機軸和負載軸之間的機械無極調(diào)速裝置，利用油和兩個互不接觸的金屬葉輪的摩擦力傳導轉(zhuǎn)矩，帶動負載轉(zhuǎn)動，可通過調(diào)節(jié)油壓改變輸出轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)調(diào)速。當忽略軸承、鼓風損失和工作液體容積損失及摩擦力矩損失等，其調(diào)速效率近似為：??nT=i；式中i為液力耦合器轉(zhuǎn)速比，因此轉(zhuǎn)速比nB減小調(diào)速效率降低，同時作為一種低效調(diào)速方法，其轉(zhuǎn)差能量轉(zhuǎn)換為油的熱能兒消耗掉，當小于0.4時工作油升溫加快，給設(shè)備運行帶來不穩(wěn)定狀況。

而變頻調(diào)速通過電力電子整流和脈寬調(diào)制逆變技術(shù)改變電動機電樞的電壓和頻率，僅控制電路本身需消耗很少一部分能量，因此可在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持較高的效率運行。3.2.2啟動性能

液力耦合器不能直接改善啟動性能，啟動電流仍達到電機額定電流的5至7倍，而變頻啟動可實現(xiàn)軟啟動，啟動電流小，且啟動全過程可控，啟動點和爬坡時間可設(shè)置，可避免啟動電流對電網(wǎng)和電動機的沖擊。3.2.3運行維護

結(jié)合焦化廠1#干熄焦除塵風機調(diào)速設(shè)備運行情況來看，液力耦合器機械結(jié)構(gòu)和管路系統(tǒng)復(fù)雜，日常維護工作量大，且在故障下無法定速運行，必須停機檢修；而2#干熄焦除塵風機H橋級聯(lián)變頻調(diào)速裝置雖電子線路復(fù)雜，但技術(shù)成熟，尤其是單元自動切換和冗余運行特性，可在單元故障下實現(xiàn)不停機連續(xù)運行，運行可靠性較高，且其檢修維護只需定期更換進風濾網(wǎng)。3.2.4調(diào)節(jié)控制特性

液力耦合器依靠調(diào)節(jié)工作腔油量大小改變輸出轉(zhuǎn)速，因此響應(yīng)慢（需30秒左右），速度調(diào)節(jié)精度較低，在干熄焦裝焦過程期間灰塵負壓回收能力不能及時跟上，影響煙塵回收效果；而變頻調(diào)速屬于數(shù)字式控制，頻率改變速度快，穩(wěn)頻精度高，可實現(xiàn)精準控制，提高了裝焦過程期間煙塵回收率。3.3節(jié)能經(jīng)濟效益分析

由于液力耦合器液力效率、轉(zhuǎn)差消耗及變頻器自身能量消耗的存在，其二者均存在額外的功率損耗，但變頻調(diào)速運行效率隨輸出轉(zhuǎn)速降低變化不大，而液力耦合器效率基本呈正比降低，且綜合軸功率隨轉(zhuǎn)速呈三次方比例下降，節(jié)能和運行效率均不及變頻調(diào)速。

下面在忽略液力耦合器輔機（冷油器、油泵等）所消耗功率和設(shè)備自身消耗等的理想狀態(tài)下，對比1#、2#干熄焦除塵風機調(diào)速耗能情況：

1#干熄焦除塵風機為24小時工作，電機輸入電流平均約為50A，年運行時間為300天，其全年用電量為：

F1?3UIcos??H?D?1.732?10?50?24?300=6235200kWh

2#干熄焦除塵風機為24小時工作，高速運行時，電機輸入電流平均約為50A，低速運行時，電機輸入電流平均約為30A，按每15min裝焦一次，裝焦時間5min，即每天高速運行時間為8小時，低速運行運行時間為16小時，年運行時間為300天，其全年用電量為：

F21?3UIcos??H?D?1.732?10?50?8?300=2078400kWh F22?3UIcos??H?D?1.732?10?30?16?300=2494080kWh F2?F21?F22?4572480kWh 綜上可得：

全年節(jié)電量為F?F1-F2?6235200-4572480=1662720kWh 節(jié)電率為?=F1662720??27% F162352004結(jié)束語

通過中壓交-直-交電壓型H橋級聯(lián)變頻器與液力耦合器運行節(jié)能效果的對比分析，不難發(fā)現(xiàn)其在運行效率、啟動性能、運行維護等方面有著突出的優(yōu)勢，且隨著電力電子技術(shù)和控制理論的不斷進步，會有更高性能的設(shè)備應(yīng)用到國民經(jīng)濟的電氣傳動領(lǐng)域。

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第五篇：PLC 變頻調(diào)速技術(shù)在泵站恒壓供水中應(yīng)用

PLC 變頻調(diào)速技術(shù)在泵站恒壓供水中應(yīng)用

0 引言

供水系統(tǒng)是國民生產(chǎn)生活中不可缺少的重要一環(huán)。傳統(tǒng)供水方式占地面積大，水質(zhì)易污染，基建投資多，而最主要的缺點是水壓不能保持恒定，導致部分設(shè)備不能正常工作。變頻調(diào)速技術(shù)是一種新型成熟的交流電機無極調(diào)速技術(shù)，它以其獨特優(yōu)良的控制性能被廣泛應(yīng)用于速度控制領(lǐng)域，特別是供水行業(yè)中。由于安全生產(chǎn)和供水質(zhì)量的特殊需要，對恒壓供水壓力有著嚴格的要求，因而變頻調(diào)速技術(shù)得到了更加深入的應(yīng)用。恒壓供水方式技術(shù)先進、水壓恒定、操作方便、運行可靠、節(jié)約電能、自動化程度高，在泵站供水中可完成以下功能：(1)維持水壓恒定；(2)控制系統(tǒng)可手動/自動運行；(3)多臺泵自動切換運行；(4)系統(tǒng)睡眠與喚醒。當外界停止用水時，系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)，直至有用水需求時自動喚醒；(5)在線調(diào)整PID參數(shù)；(6)泵組及線路保護檢測報警，信號顯示等。

將管網(wǎng)的實際壓力經(jīng)反饋后與給定壓力進行比較，當管網(wǎng)壓力不足時，變頻器增大輸出頻率，水泵 轉(zhuǎn)速加快，供水量增加，迫使管網(wǎng)壓力上升。反之水泵轉(zhuǎn)速減慢，供水量減小，管網(wǎng)壓力下降，保持恒壓供水。系統(tǒng)硬件構(gòu)成系統(tǒng)采用壓力傳感器、PLC和變頻器作為中心控制裝置，實現(xiàn)所需功能。

安裝在管網(wǎng)干線上的壓力傳感器，用于檢測管網(wǎng)的水壓，將壓力轉(zhuǎn)化為4～20 mA的電流信號，提供給PLC與變頻器。

變頻器是水泵電機的控制設(shè)備，能按照水壓恒定需要將0～50 Hz的頻率信號供給水泵電機，調(diào)整其轉(zhuǎn)速。ACS變頻器功能強大，預(yù)置了多種應(yīng)用宏，即預(yù)先編置好的參數(shù)集，應(yīng)用宏將使用過程中所需設(shè)定的參數(shù)數(shù)量減小到最小，參數(shù)的缺省值依應(yīng)用宏的選擇而不同。系統(tǒng)采用PID控制的應(yīng)用宏，進行閉環(huán)控制。該宏提供了6個輸入信號：啟動/停止(DI1、DI5)、模擬量給定(AI1)、實際值(AI2)、控制方式選擇(DI2)、恒速(DI3)、允許運行(DI4)；3個輸出信號：模擬輸出(頻率)、繼電器輸出1(故障)、繼電器輸出2(運行)；DIP開關(guān)選擇輸入0～10 V電壓值或0～20 mA電流值(系統(tǒng)采用電流值)。變頻器根據(jù)給定值A(chǔ)I1和實際值A(chǔ)I2，即根據(jù)恒壓時對應(yīng)的電壓設(shè)定值與從壓力傳感器獲得的反饋電流信號，利用PID控制宏自動調(diào)節(jié)，改變頻率輸出值來調(diào)節(jié)所控制的水泵電機轉(zhuǎn)速，以保證管網(wǎng)壓力恒定要求。

根據(jù)泵站供水實際情況與需求，利用一臺變頻器控制3臺水泵，因此除改變水泵電機轉(zhuǎn)速外，還要通過增減運行泵的臺數(shù)來維持水壓恒定，當運行泵滿工頻抽水仍達不到恒壓要求時，要投入下一臺泵運行。反之，當變頻器輸出頻率降至最小，壓力仍過高時，要切除一臺運行泵。所以不僅需要開關(guān)量控制，還需數(shù)據(jù)處理能力，采用FX－4AD(4模擬量入)獲得模擬量信號。它在應(yīng)用上的一個重要特征就是由PLC自動采樣，隨時將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，放在數(shù)據(jù)寄存器中，由數(shù)據(jù)處理指令調(diào)用，并將計算結(jié)果隨時放在指定的數(shù)據(jù)接觸器中。通過其可將壓力傳感器電流信號和變頻器輸出頻率信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，提供給PLC[1>，與恒壓對應(yīng)電流值、頻率上限、頻率下限(考慮到水泵電機在低速運行時危險，必須保證其頻率不低于20Hz，因此頻率上限設(shè)為工頻50Hz，下限設(shè)為20Hz)進行比較，實現(xiàn)泵的切換與轉(zhuǎn)速的變化。

系統(tǒng)在設(shè)計時應(yīng)使水泵在變頻器和工頻電網(wǎng)之間的切換過程盡可能快，以保證供水的連續(xù)性，水壓波動盡可能小，從而提高供水質(zhì)量。但元件動作過程太快，會有回流損壞變頻器。為了防止故障的發(fā)生，硬件上必須設(shè)置閉鎖保護，即1Q與4Q，2Q與5Q，3Q與6Q不能同時閉合。系統(tǒng)軟件設(shè)計

控制系統(tǒng)軟件是指用梯形圖語言編制的對3臺泵進行控制的程序。它對3臺泵的控制，主要解決 系統(tǒng)的手動及自動切換、各元件和參數(shù)的初始化、信號及通訊數(shù)據(jù)的預(yù)處理、3臺泵的啟動、切換及停止的條件、順序、過程等問題。

當變頻器輸出頻率達到頻率上限，供水壓力未達到預(yù)設(shè)值時，發(fā)出加泵信號，投入下1臺泵供水。當供水壓力達到預(yù)設(shè)值，變頻器輸出頻率降到頻率下限時，發(fā)出減泵信號，切除在工頻運行方式中的1臺泵。系統(tǒng)剛啟動時，情況簡單，首先啟動一號泵即可。但考慮3臺泵聯(lián)合運行時情況復(fù)雜，任1臺或2臺泵可能正在工頻自動方式下運行，而其他泵則可能在變頻器控制下運行，因此必須預(yù)先設(shè)定增減水泵的順序。即獲得加泵信號后，按照1號泵、2號泵、3號泵的順序優(yōu)先考慮。獲得減泵信號后，按照3號泵、2號泵、1號泵的順序優(yōu)先考慮。

為了防止故障的發(fā)生，軟件上也必須設(shè)置保護程序，保證1Q與4Q、2Q與5Q、3Q與6Q不能同時閉合。在加減泵時必須設(shè)置元件動作順序及延時，防止誤動作發(fā)生。

考慮到系統(tǒng)工作環(huán)境對運行狀態(tài)的影響，在設(shè)計中采用硬件、軟件上的雙重濾波來消除干擾的影響。硬件上變頻器提供了濾波時間常數(shù)，當模擬輸入信號變化時，63％的變化發(fā)生在所定義的時間常數(shù)中；軟件上采用數(shù)字濾波的方式，系統(tǒng)采用平均值的方法[2>。

計算最近10次采樣的平均值，其計算公式如下：系統(tǒng)參數(shù)的確定

系統(tǒng)變頻運行主要靠變頻器來實現(xiàn)。變頻器有一數(shù)量很大的參數(shù)群，初始情況下，只有所謂的基本參數(shù)可以看到。只需設(shè)定簡單的幾個參數(shù)，變頻器就可以工作。

除基本參數(shù)外，還必須對完整參數(shù)進行設(shè)定。

完整參數(shù)的設(shè)定主要是PID參數(shù)的整定，它是按照工藝對控制性能的要求，決定調(diào)節(jié)器的參數(shù)Kp，TI，TD。控制表達式為：

變頻器根據(jù)偏差調(diào)節(jié)PID的參數(shù)，當運行參數(shù)遠離目標參數(shù)時，調(diào)節(jié)幅度加快，隨著偏差的逐步接近，跟蹤的幅度逐漸減小，近似相等時，系統(tǒng)達到一個動態(tài)平衡，維持系統(tǒng)的恒壓穩(wěn)定狀態(tài)[

3、4>。試驗結(jié)果

由于系統(tǒng)的顯示和通訊功能，可以對系統(tǒng)工作情況進行監(jiān)測?？紤]到管網(wǎng)覆蓋面積大，泵站海拔高度相對低，遠端供水壓力需維持3kg，因此泵站出水口壓力必須維持5kg。試驗條件為管網(wǎng)初始無壓 力，電磁閥控制一定量相同用水情況下啟動系統(tǒng)。獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)MATLAB進行插值擬合可得系統(tǒng)在不同條件下跟蹤壓力變化的曲線[5>。

試驗記錄的數(shù)據(jù)顯示，系統(tǒng)在未進行濾波和PID控制時，響應(yīng)速度特別慢、誤差大、振蕩嚴重，見圖5。在未進行濾波而引入數(shù)字PID控制時，響應(yīng)速度明顯加快，但振蕩問題未能得到解決，這是由于喘振現(xiàn)象的存在；當管道壓力與設(shè)定值近似相當時，水錘效應(yīng)影響明顯，壓力波動異常，PID的參數(shù)跟蹤整定，形成惡性循環(huán)，管道中空氣的存在也會導致振蕩問題。

該系統(tǒng)是按照工業(yè)生產(chǎn)需求設(shè)計的，實現(xiàn)了預(yù)定的一系列功能，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全性，在長時間運行中取得了良好的效果。只需作相應(yīng)修改就可推廣到相關(guān)供水系統(tǒng)中。