【正文】 圖21 恒壓頻比控制特性 2 基頻以上調(diào)速 在基頻以上調(diào)速時，頻率f往上增高，但電壓u磁通與頻率成反比的降低，相當(dāng)與直流電機(jī)弱磁升速的情況。如果電動機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電動機(jī)都能在溫升容許的條件下長期運行，這時轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。異步電動機(jī)變頻調(diào)速特性如下圖22所示: U1 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 恒功率調(diào)速 （定子相電壓） U1n 0 f1n f1 圖22 異步電動機(jī)變頻調(diào)速特性 整流器整流器 AC DC AC 控制電路 控制電路 運行指令 圖 2—3 變頻器的結(jié)構(gòu)圖變頻器的基本結(jié)構(gòu)見如圖23所示，電機(jī)在帶動較大負(fù)載在啟動時，會有較大的沖擊電流，采用變頻器時，可以實現(xiàn)軟啟動，減小沖擊電流，解決大負(fù)載的啟動問題。這種“自我保護(hù)”的功能，不僅保護(hù)了變頻器，還保護(hù)了電機(jī)不易損壞。其基本思想是將異步電動機(jī)的物理模型等效變換成類似直流電動機(jī)的模型，再仿照直流電動機(jī)去控制它，等效的原則是在不同坐標(biāo)中產(chǎn)生的磁動勢相同。等效的電動機(jī)繞組模型如圖24所示。3 變頻調(diào)速橋式起重機(jī)系統(tǒng)總體方案設(shè)計和部件選型 本課題研究的橋式起重機(jī)是電動雙梁橋式起重機(jī)，該起重機(jī)由起重小車、橋架金屬結(jié)構(gòu)、橋架運行機(jī)構(gòu)以及電氣控制設(shè)備等四個部分組成。在電氣控制系統(tǒng)中，其供電一般是通過電纜卷筒將電源輸送到中心電器上，起重機(jī)機(jī)為低壓供電系統(tǒng)，電氣控制部分集中在操作室和電氣房內(nèi)，安全保護(hù)裝置裝在在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。此外，根?jù)工作需要還可以裝設(shè)各種輔助裝置，如高度限位器，超載限位器等。 以下是本課題橋式起重機(jī)基本參數(shù): 該機(jī)的起重量為20/5噸，其跨度(L)，小車起升速度為15m/min，大車運行速度為75m/min。各機(jī)構(gòu)的驅(qū)動系統(tǒng)簡介如下:主、副起升機(jī)構(gòu)為兩臺電機(jī)分別單獨驅(qū)動，為滿足貨物下降的需要，采用了動力制動，制動器是電動液壓推桿操作；小車運行機(jī)構(gòu)為一臺電機(jī)單獨驅(qū)動，制動器是電動液壓推桿操作。 控制系統(tǒng)由繼電器控制改為PLC控制，四大機(jī)構(gòu)調(diào)速均采用變頻調(diào)速。橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由上位機(jī)(工業(yè)觸摸屏系統(tǒng))、下位機(jī)(PLC控制系統(tǒng))、變頻調(diào)速系統(tǒng)組成。工業(yè)觸摸屏 PLC 變頻器變頻器PG卡PG卡變頻器變頻器旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)編碼器大車兩臺電 機(jī)主鉤電機(jī)副鉤電機(jī)小車電機(jī) 制動器制動器制動器兩臺制動器 圖 3—1 本系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)圖 起升機(jī)構(gòu)屬位能負(fù)載機(jī)構(gòu)。 主起升和副起升兩臺電機(jī)各使用一個變頻器。變頻器運行的效率為依據(jù)。 控制方式選用帶PG的矢量控制方式。 運行機(jī)構(gòu) 大車運行機(jī)構(gòu)兩臺電機(jī)用一個變頻器。變頻器的選擇，一般以電動機(jī)的額定功率作為選擇的依據(jù)，通常選額定功率大一級的變頻器，控制方式選用無PG的v/f的變頻控制方式。 一 變頻調(diào)速對電機(jī)的要求 采用變頻調(diào)速時，由于變頻器輸出波形中高次諧波的影響以及電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍的擴(kuò)大產(chǎn)生了一些與在工頻電源下傳動時不同的特征。目前，一般無須選用變頻專用電機(jī)作變頻系統(tǒng)的電機(jī)。 二 變頻起重機(jī)系統(tǒng)中電機(jī)的選型 起重機(jī)起升和運行機(jī)構(gòu)的調(diào)速比一般不大于1:20，且為斷續(xù)工作制，通常接電持續(xù)率在60%以下，負(fù)載多為大慣量系統(tǒng)。普通電機(jī)與變頻電機(jī)在不連續(xù)工作狀態(tài)下特性基本一致；在連續(xù)工作時考慮到冷卻效果限制了普通電機(jī)轉(zhuǎn)矩應(yīng)用值，普通電機(jī)僅在連續(xù)工作時的變頻驅(qū)動特性比變頻電機(jī)稍差。此外，起重機(jī)電機(jī)多用于大慣量短時工作制，通常不工作時間大于或略小于工作時間。四 電機(jī)效率國外以4極電機(jī)作變頻電機(jī)首選極數(shù)，因此時電機(jī)有最好的功率因數(shù)和最高的工作效率，使能耗降為最低。盡管減速器傳動比增大造成了減速器體積的增大，但由于硬齒減速器的應(yīng)用，新塑耐磨齒輪副及焊接箱體的使用為高速電機(jī)驅(qū)動創(chuàng)造了條件。目前，國內(nèi)用于起重機(jī)械的4極電機(jī)有強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻的YZFXXX一4型電機(jī)等。一般情況下，電機(jī)容量P為 式中λms一電機(jī)平均起動起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 若使電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下接近滿載運行，且能承受電網(wǎng)電壓的波動，或適當(dāng)增加加速時間，減少加速功率。轉(zhuǎn)動慣量較少，占額定起升轉(zhuǎn)矩的10%20%。通過利用上述公式的計算，選用改造后的橋式起重機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)參數(shù)如表31所示: 表31 橋式起重機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)參數(shù) 電機(jī)型號 電機(jī)功率主起升機(jī)構(gòu)YZR250M1—830KW副起升機(jī)構(gòu)YZR200L—815KW大車運行機(jī)構(gòu)YZR160M1—62*小車運行機(jī)構(gòu)YZR1601—6 各機(jī)構(gòu)啟動調(diào)速方式說明如下： 起升機(jī)構(gòu)：起升、開閉機(jī)構(gòu)的兩臺電機(jī)分別采用各自獨立的變頻調(diào)速器。它具有穩(wěn)定性好，對急加、減速負(fù)載變化有較好的響應(yīng)特性。只是上述機(jī)構(gòu)在運行中不能同時作業(yè)。但由于采用了交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，對整機(jī)結(jié)構(gòu)的沖擊、對制動器的磨損都降低到了最小限度。 起重機(jī)各機(jī)構(gòu)負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，普遍選用帶低速轉(zhuǎn)矩提升功能的電壓型變頻器，如日本的安川，三菱，富士，德國的西門子及丹麥的丹佛斯等。二、變頻器容量選擇 起升機(jī)構(gòu)起升機(jī)構(gòu)平均起動轉(zhuǎn)距一般來說可為額定力矩值的倍。等額變頻器僅能提供小于150%超載力矩值，為此可通過提高變頻器容量(型電機(jī))或同時提高變頻器和電機(jī)容量(Y型電機(jī))來獲得200%力矩值，此時變頻器容量為： 式中 cosj—電機(jī)的功率因數(shù)，cosj= P—起升額定負(fù)載所需功率，wk ?M—電機(jī)效率，?M= PCN—變頻器容量，KAV K—系數(shù)，K=2 起升機(jī)構(gòu)變頻器容量依據(jù)負(fù)載功率計算，并考慮2倍的安全力矩。在變頻器功率選定的基礎(chǔ)上再作電流驗證，公式如下: 式中 ICN一變頻器額定電流，A IM—電機(jī)額定電流，A 運行機(jī)構(gòu) 式中 k—電流波形補(bǔ)償系數(shù)，PWM方式 —負(fù)載轉(zhuǎn)距，N?m ∑GD2一總轉(zhuǎn)動慣量對電機(jī)軸的折算值，kg?m —加速時間，s N—電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r/min 當(dāng)運行電機(jī)在300s內(nèi)電機(jī)有大于60s加速時間時，變頻器容量按下式取值 (KVA) 電流驗證: 以上公式均以負(fù)載功率作為變頻器容量計算的基本參數(shù)，相同功率不同極數(shù)的電機(jī)有不同的額定電流。 起重機(jī)大車運行方向有前后，小車運行方向有左右要求，根據(jù)運行速度至少要求分為檔，加減速時間為，通常小車行走機(jī)構(gòu)采用一臺電機(jī)，而大車行走機(jī)構(gòu)須采用2臺電機(jī)，大、小車本身的慣性也較大，為防止電機(jī)被倒拖處于發(fā)電狀態(tài)時產(chǎn)生過電壓，因此大小車變頻器都配置了制動單元及制動電阻來釋放能量。為了減小對電網(wǎng)的諧波污染，每個變頻器均加有輸入電抗器，它不僅減小了高次諧波分量，同時也抑制了輸入電流峰值，有利于提高整流二極管使用壽命。通過利用上述公式的計算，改造后的橋式起重機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的變頻器如表32所示。如表33所示 表 33 變頻器主要參數(shù)設(shè)置 參數(shù)號 參數(shù)值 說明P0026加速時間 秒P0036減速時間 秒P00551檔速度P0063附加速度給定P0070開關(guān)量輸入控制P0516固定頻率5開關(guān)P0526固定頻率4開關(guān)P0536固定頻率3開關(guān)P05410故障復(fù)位P0551運行右轉(zhuǎn)P03562運行左轉(zhuǎn)P0465固定頻率5P04415固定頻率4P04325固定頻率3P0616故障P0624外部制動控制P0770V/f特性（大車多電機(jī)）P0771FCC特性（小車單電機(jī)） 變頻器系統(tǒng)器件由斷路器、接觸器、電抗器、變頻器、制動電阻及制動單元組成。 接觸器在變頻器主回路中僅在變頻器輔助器件或控制回路故障時起斷開主回路的作用，一般不作回路開斷器件用，故可按電機(jī)額定電流選用接觸器容量，無須按開斷次數(shù)考核其壽命。為此，在變頻器的輸入端加接交流電抗器，以抑制變頻器造成的高頻峰值電流，或電容器開斷造成的峰值電流對變頻器的危害。 交流電抗器容量按電機(jī)容量配置，可參見變頻器生產(chǎn)廠推薦的配置表或按下列公式計算： 公式中 L一電抗器容量，H U一額定電壓，V I一電機(jī)額定電流，A；電抗電流值為電機(jī)額定電流的倍 f一最大周波數(shù)，Hz (2%一5%)U的選擇根據(jù)速比要求定，速比愈大百分比愈大。 制動單元 為減小大慣性系統(tǒng)的減速時間，解決變頻器直流電路上的過電壓問題。一旦直流回路電壓超過一定的界限，該晶體管導(dǎo)通，并將過剩的電能通過與之相接的制動電阻器轉(zhuǎn)化為熱能耗。 借助制動單元，消耗電機(jī)發(fā)電制動狀態(tài)下從動能轉(zhuǎn)換來的能量。m TM一電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩(在附加電阻制動的情況下，電機(jī)自損耗約為電機(jī)額定功率 的20%左右)，N即 （W） 式中 一直流回路電壓，v 一制動晶體管允許的最大電流，A 因此，制動電阻應(yīng)RB按的關(guān)系選用。m