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海浦蒙特HD30系列矢量變頻器在橋式起重機中的應用

時間:2012-11-06 09:53:53來源:張道連 李紅寶 王國

導語:?采用變頻控制技術(shù)實現(xiàn)橋式起重機的電機控制,改善了系統(tǒng)的控制性能、提高了控制精度和安全性。

橋式起重機是我國國民經(jīng)濟發(fā)展必不可少的設(shè)備,是大型制造業(yè)制造車間中重要的起重設(shè)備。在橋式起重機控制中,對設(shè)備運行平穩(wěn)、安全可靠要求很高。

本文主要介紹了海浦蒙特HD30系列變頻器及HDRU系列能量回饋單元在20噸橋式起重機上的成功應用,以及通過四象限變頻技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能的成功解決方案。

1 橋式起重機系統(tǒng)特點

橋式起重機是橫架于車間、倉庫和料場上空進行物料吊運的起重設(shè)備。由于它的兩端坐落在高大的水泥柱或者金屬支架上形狀似橋,區(qū)別與其他起重設(shè)備故稱為橋式起重機。

橋式起重機的橋架沿鋪設(shè)在兩側(cè)高架上的軌道縱向運行,可以充分利用橋架下面的空間吊運物料,不受地面設(shè)備的阻礙。它是使用范圍最廣、數(shù)量最多的一種起重機械。

橋式起重機一般由起重小車、橋架運行機構(gòu)(大車)、橋架金屬結(jié)構(gòu)組成。

起重小車由起升機構(gòu)、小車運行機構(gòu)和小車架三部分組成。起升機構(gòu)包括電動機、制動器、減速器、卷筒和滑輪組。電動機通過減速器,帶動卷筒轉(zhuǎn)動,使鋼絲繩繞上卷筒或從卷筒放下,以升降重物;小車架是支托和安裝起升機構(gòu)和小車運行機構(gòu)等部件的機架,通常為焊接結(jié)構(gòu)。

大車在高架軌道上運行由橋架兩側(cè)兩個電機驅(qū)動,實現(xiàn)縱向移動;小車在橋臂上運動由單獨一臺電機驅(qū)動,實現(xiàn)橫向移動;提升機構(gòu)安裝在小車上,由單獨一臺電機驅(qū)動,實現(xiàn)垂直方向運動。三組電機可以通過控制室分別實現(xiàn)方向的切換和加減速運行。

橋式起重機運行機構(gòu)的驅(qū)動方式可分為兩大類:一類為集中驅(qū)動,即用一臺電動機帶動長傳動軸驅(qū)動兩邊的主動車輪;另一類為分別驅(qū)動,即兩邊的主動車輪各用一臺電動機驅(qū)動?,F(xiàn)場為20噸的橋式起重機,均采用分別驅(qū)動方式,動力配置如表1所示。

表1  橋式起重機動力配置關(guān)系

位置

電機功率

負載特點

制動方式

大車左側(cè)驅(qū)動電機

5.5kW

常規(guī)負載

減速制動+電磁制動器

大車右側(cè)驅(qū)動電機

5.5kW

常規(guī)負載

減速制動+電磁制動器

小車運行機構(gòu)驅(qū)動電機

4kW

常規(guī)負載

減速制動+電磁制動器

小車起升驅(qū)動電機

22kW

大慣量負載

減速制動+電磁制動器

在電氣控制系統(tǒng)中采用“傳感器+PLC系統(tǒng)+變頻器驅(qū)動+交流電機+電磁制動器”方案。

控制室通過控制手柄把模擬量速度信號傳送至PLC系統(tǒng);經(jīng)PLC系統(tǒng)處理后輸出至變頻器;變頻器根據(jù)PLC系統(tǒng)的運行命令及頻率參數(shù)驅(qū)動電機運行;同時PLC系統(tǒng)控制電磁制動器開閉剎,完成動力控制。

2 應用解決方案

2.1 系統(tǒng)配置

現(xiàn)場共四臺交流電機:兩臺5.5kW大車驅(qū)動電機、一臺4kW小車驅(qū)動電機、一臺22kW提升電機。

大車行駛驅(qū)動電機驅(qū)動大車在高架軌道上運行,其特點是跨度大、行駛距離長。為保證其長距離運行不傾斜,選用18kW的變頻器(HD30-4T018G,V/f控制方式)驅(qū)動兩臺5.5kW電機。排除電機滑差及驅(qū)動輪與軌道的壓力影響外,兩臺電機運行速度基本一致;

小車行駛驅(qū)動電機驅(qū)動小車在橋臂上運行,軌道跨度小,選用5.5kW變頻器(HD30-4T5P5G,V/f控制方式)驅(qū)動一臺4kW交流電機;

小車提升電機是整個系統(tǒng)中最關(guān)鍵的電機,要完成20噸工件的提升動作。選用37kW變頻器(HD30-4T037G,矢量控制方式)驅(qū)動一臺22kW提升電機。

電機及變頻器配套關(guān)系如表2所示。

表2  電機與變頻器配套關(guān)系

方向

電機

數(shù)量

驅(qū)動器

控制方式

配件

大車

5.5kW

2

HD30-4T018G

V/f

\

小車

4kW

1

HD30-4T5P5G

V/f

\

提升

22kW

1

HD30-4T037G

無PG矢量控制

HDRU-4T075

2.2 控制系統(tǒng)

橋式起重機整個控制系統(tǒng)由控制室操作面板、PLC控制系統(tǒng)、變頻器驅(qū)動系統(tǒng)、電機系統(tǒng)和制動系統(tǒng)組成。PLC協(xié)調(diào)處理控制系統(tǒng)的輸入輸出命令,控制室操作面板輸出的運動方向、速度信號經(jīng)過PLC處理后控制相應變頻器運行。變頻器同時反饋運行信號至PLC,PLC判斷變頻器運行信號和輸出頻率,控制電磁制動器打開抱閘。相應的電機輸出動力。整個系統(tǒng)控制如圖1所示。

2.3 控制信號配線

大車、小車驅(qū)動變頻器驅(qū)動采用V/f控制方式運行,PLC控制系統(tǒng)給定運行方向命令、模擬量速度給定以及故障復位命令,變頻器反饋PLC變頻器運行狀態(tài)信號。

配線圖如圖2所示,參數(shù)設(shè)置見表3。

提升變頻器驅(qū)動電機為大慣量負載,其提升轉(zhuǎn)矩要求很高。在抱閘松開瞬間負載最大,此時電機仍處在零速狀態(tài)下。HD30采用無PG矢量控制,起動轉(zhuǎn)矩在0.5Hz可達180%額定轉(zhuǎn)矩,能滿足提升工況需求,保證提升系統(tǒng)無溜鉤現(xiàn)象。

提升機在下放工件(負載)時,在工件拖動下交流電機變成發(fā)電機,導致直流母線電壓升高。在常規(guī)變頻系統(tǒng)中會采用制動單元及制動電阻消耗直流母線上超出的電壓,以保證變頻器正常運行,而此處選用海浦蒙特HDRU-4T075能量回饋單元。能量回饋單元不僅可以節(jié)省制動單元與制動電阻的成本,更重要的是可以把直流母線上超出的電量逆變?yōu)楣ゎl交流電回饋到電網(wǎng)中,從而實現(xiàn)節(jié)能。

提升變頻器(含HDRU)配線圖如圖3所示,參數(shù)設(shè)置見表4。

2.4 參數(shù)設(shè)置

大車、小車驅(qū)動變頻器參數(shù)設(shè)置

參數(shù)號

設(shè)定值

選擇定義

參數(shù)號

設(shè)定值

選擇定義

F00.10

3

頻率設(shè)定通道為模擬量給定

F15.00

2

DI1選擇為正轉(zhuǎn)

F00.11

1

命令設(shè)定通道選擇為端子運行命令

F15.01

3

DI2選擇為反轉(zhuǎn)

F00.17

1

運行方向選擇為方向取反

F15.04

46

DI5選擇為復位

F02.13

1

停機方式選擇為減速停機

F15.18

2

DO1選擇為變頻器運行中

F03.01

20

加速時間

F16.01

2

模擬A1輸入功能為頻率設(shè)定通道

F03.02

20

減速時間

     
 
提升驅(qū)動變頻器參數(shù)設(shè)置

參數(shù)號

設(shè)定值

選擇定義

參數(shù)號

設(shè)定值

選擇定義

F00.01

2

開環(huán)矢量運行

F08.04

715

電機額定轉(zhuǎn)速

F01.10

3

頻率設(shè)定通道為模擬量給定

F08.07

0.210

定子電阻

F01.11

1

命令給定通道為端子控制

F08.08

0.207

轉(zhuǎn)子電阻

F01.17

1

運行方向取反

F08.09

1.4

漏感

F02.02

2.00

起動頻率為2Hz

F08.10

21.1

互感

F02.03

0.30

起動頻率保持時間為0.3秒

F08.11

30.7

空載勵磁電流

F02.13

1

自由停機

F15.00

2

正轉(zhuǎn)

F08.00

22.0

電機額定功率

F15.01

3

反轉(zhuǎn)

F08.01

380

電機額定電壓

F15.04

46

故障復位

F08.02

46.9

電機額定電流

F15.19

2

變頻器運行中

F08.03

50.0

電機額定頻率

F16.01

2

模擬A1輸入功能為頻率設(shè)定通道

 

2.5 調(diào)試步驟

大車驅(qū)動變頻器調(diào)試

大車是一臺變頻器帶兩臺電機,調(diào)試時需先設(shè)置好最高運行頻率、加減速時間以及頻率給定通道,然后單臺進行點動實驗分別確認兩臺電機的正確接線順序。這樣才能避免兩臺電機方向相反而出現(xiàn)故障。

小車驅(qū)動變頻器調(diào)試

小車調(diào)試主要對電機最高運行頻率、加減速時間以及頻率給定通道進行設(shè)置,試機時還要注意控制桿指示方向與電機運行方向是否吻合,否則需要對變頻器運行方向進行設(shè)置。

提升驅(qū)動變頻器調(diào)試

提升驅(qū)動變頻器采用的是矢量控制,因此需要先按照電機銘牌參數(shù)設(shè)置好變頻器中電機參數(shù)信息。然后需要進行空轉(zhuǎn)自整定,這樣能達到優(yōu)越的矢量控制?,F(xiàn)場調(diào)試表明,空轉(zhuǎn)自整定要效果要明顯優(yōu)于靜止自整定效果。

能量回饋單元安裝簡單,將輸入(+)(-)分別與變頻器直流母線(+)(-)相連,輸出L1、L2、L3端子接工頻電網(wǎng)。設(shè)置回饋電壓為670V,其他參數(shù)為出廠值。在提升負載下放時能量回饋單元把直流母線上超出的電壓逆變?yōu)楣ゎl交流電回饋電網(wǎng),保持變頻器直流母線電壓維持在安全的670V內(nèi)。

2.6 實際效果

整個方案接線精簡,控制簡易。試機操作提升15噸鋼件時,提升力矩充足,尤其在高速運行時性能平穩(wěn);下放鋼件時能量回饋單元平均回饋電流在30A左右,節(jié)能效果顯著;同時,在水平方向的移動平滑,運動中加減速性能優(yōu)異。

整個調(diào)試過程無過流、過壓等故障出現(xiàn),機器性能得到客戶及行車設(shè)備商的充分認可。特別是能量回饋單元的引入,把原本消耗在制動電阻上的能量變成交流電反饋電網(wǎng),降低了起重機的能量消耗,得到了客戶的極好贊賞。

3 結(jié)束語

采用變頻控制技術(shù)實現(xiàn)橋式起重機的電機控制,改善了系統(tǒng)的控制性能、提高了控制精度和安全性。在提升方向上配備“變頻器+能量回饋單元”實現(xiàn)了行業(yè)中技術(shù)先進的四象限變頻技術(shù),在提升設(shè)備節(jié)能方向上有很好的推廣意義。

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