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发表于：2008-07-23 17:02:00

楼主

1 引言
起重机作为生产过程的一部分，其工作效率和运行性能的要求亦不断提高。广东梅县发电厂燃料3甲#桥式抓斗（行车）采用传统的转子串电阻调速方法。存在以下缺点：
（1）电气控制元件多，接触器频繁起动，经常发生触点烧蚀和转子绕线阻烧坏等现象；
（2）大车是由两台绕线电机牵引，由于两台电机所串的电阻值有微小区别、电机本身特性略有不同和机械传动的误差，会产生大车不同步，造成大车轨道和轨道轮磨损和变形；
（3）提升及开闭钢丝绳由于受力不均，机械振动大，经常出现拉断钢丝绳；
（4）调速范围小，速度稳定性差，无法长时间低速下放重物等缺点；
（5）系统复杂、可靠性低、能耗大、故障率高。
在这种情况下，变频调速作为一种先进的调速方法，具有良好的起动、停止及制动性能，节能效果也非常明显，从而在各行各业中普遍使用，成为了行车电气控制发展的趋势。
2 抓斗（行车）变频控制的重要特点
抓斗（行车）控制系统变频改造成功的基本标准是：首先系统可靠性要高，无故障,维护保养费用要很低；其次改造后抓斗行车的工作效率不能降低；第三改造后抓斗行车的操作方式和习惯要保持和改造前一致。
抓斗（行车）控制系统变频改造如何才能具有最高的性能价格比：首先所有电机驱动只能采用开环控制才有最高的可靠性和最小的投入；其次在原有绕线式电动机基础上进行改造。
抓斗（行车）变频控制都采用矢量控制方式，其原理特点是利用现代电子技术的优势使异步电动机具有与直流电动机相同的转矩生成机理，即将供给异步电动机的定子电流在理论上分成两部分：产生磁场的电流分量（磁场电流）和与磁场相垂直、产生转矩的电流分量（转矩电流），此磁场电流、转矩电流与直流电动机的磁场电流、电枢电流相当。变频器矢量控制就是将定子电流分量分解程磁场电流和与之相位相垂直的转矩电流，两者互不干涉，按指令分别进行独立控制获得和直流电动机类似的控制性能。
变频器矢量控制的成功实施，使异步电动机变频调速后的机械特性及动态性能达到了足以和直流电动机调压时的调速性能相媲美的程度，从而使异步电动机在电机调速领域里全方位地处于优势地位。
3 抓斗（行车）变频控制的优越性
（1）整机运转的可靠性能提高，节约能源，提高生产力；
（2）多段速调速控制可实现安全，精确和有效的起重机操作，利用多段速调速控制，操作方式与原有的一致；
（3）采用变频控制是电气制动与机械制动相结合制动平稳，可靠,保护了负载不受损伤，且减少了部件及结构的磨损和机械应力；
（4）平滑的加减速，使振动和冲击变小，同时减小了负载的晃动，提高了安全性能；
（5）起动电流小，变频在低频起动，最大不超过电动机额定100%-150%电流，频繁起动和停止时，电机热耗减小，延长电机寿命，对电网容量的影响也大大减少；
（6）在重负荷时，起重机也能在各档速度下运行，在空中停止并重新启动上升或下降无溜钩现象；
（7）变频器在磁通优化下，电机磁通被自动地适应于负载以提高效率，同时降低电机的噪音，通过磁通优化，基于不同的负载，变频器和电机的总效率可提高1%-10%；
（8）具有持续监视电机的状态，在制动时也不停止监视,使从一个转速变换到另一个转速；
（9）变频器精确速度控制及动态转速误差在开环应用时为0.3%，在闭环应用时为0.1%。
（10）变频器的谐振频率段设置可使电机避免在某一速度或某一速度范围上运行的功能。可以设置5个不同的速度点和速度范围，电机通过谐振频率范围时按照加速或减速积分曲线加速或减速；
（11）超群的力矩特性。通过观察仪可以观察到公认的低速力矩特性：无pg矢量控制达到150%/0.3hz，所有机械都可以改造成低频高力矩输出（控制模式：无pg矢量2控制），更有带pg矢量控制从零速开始输出150%高力矩运行。这可使起重机在低速下平稳启动。在重负荷时，起重机也能在各档速度下运行，在空中停止并重新启动上升或下降无溜钩现象。速度控制范围1:200无pg矢量控制和带pg时为1:1000的力矩特性如图1所示；
（12）高精度力矩限制功能，确实地限制了输出力矩。即使有突如其来的负载变化用力矩限制功能可以保护机械设备不受到过度冲击而损坏。特性曲线如图2所示；
（13）快速的响应性。配备模型追踪控制（前馈控制），即使无pg模式也可以实现快速响应。用带pg独自的高速电流矢量控制，即使负载剧激变化也能迅速地跟踪。特性曲线如图3所示；
（14）敏捷的速度搜索。采用新的速度搜索功能，大幅度缩短了复电后到速度恢复的时间,与运行方向无关。这一特性可以起重机对急速负载波动有很强的适应性。同时可以实现在速度快速切换时设备的迅速响应。变频器精确转矩控制动态转矩阶跃响应时间，在闭环应用时为1-5ms,而矢量控制变频器在闭环时需10-20ms,开环时为100-200ms。特性见图4。
4 抓斗（行车）变频控制的重点
（1）电气制动
当开闭、升降上升快速停车或下降时，电机可能处于发电状态，此能量通过变频器的逆变器进入直流母线，使直流母线上的电压升高，达到一定的电压，制动单元开始工作，经制动电阻将多余的能量以热能的形式消耗掉，达到精确停车；
（2）追速在桥抓使用是最常用的功能
为使开闭、升降速度达到一致才能提升，否则只有一组缆绳受力，容易损坏。利用变频器的工作电流和plc相结合，使两台电机的运行参数相同时，由plc发出提升信号，做到自动追速功能，以保证缆绳受力一致；
（3）开闭、升降防溜钩控制是起升工作机构的重点
利用变频器的优越性能解决了此难点,主钩起动时plc检测变频器内部的电流与频率反馈到防溜钩控制程序，检测变频器的工作电流、工作频率进行过程分析达到设定控制的重载力，机械抱闸方可打开。如果检测工作电流、工作频率经过程分析未达到所控制的重载力，机械抱闸是不会打开的，在此状态下机械抱闸有滑动，则出现机械抱闸过松故障。在开闭、升降停止时工作电流、工作频率进入防溜钩程序进行过程分析低于所设定值，抱闸关闭，在整个制动过程里首先是电气制动工作，当工作频率达到机械抱闸动作值，机械抱闸将机械抱死。停机过程是机械、电器制动同时工作，解决了对抱闸的频繁维修，安全上有保障，完全杜绝溜钩现象，保证了同步运行。
5 结束语
广东梅县发电厂燃料3甲＃桥式抓斗经过变频改造后，已经运行8个多月。桥抓在运行中电机启动平稳、启动电流小、无冲击，制动采用电气制动与机械制动相结合制动柔和、平稳，负载冲击小无任何强烈震动。对桥抓上所有设备元件机械破坏轻微，钢丝绳对卷筒冲击降低很多，大大延长了卷筒和钢丝绳的使用寿命，提高了设备的安全性、可靠性。大大提高了劳动生产率，延长了设备的使用寿命。经济效益非常显著。
总之，变频调速技术应用于抓斗（行车）控制系统已经是抓斗（行车）控制方式的趋势。不仅仅节能，更重要的是大大提高了设备的可靠性和降低了设备日常维护及机械磨损，适合在各种同类设备上推广使用。
作者：周思宁

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