变频控制系统在10t桥式抓斗起重机上的应用

 核心提示：随着电力电子技术与控制技术的进步，变频调速技术有了重大发展，出于节能与改善性能的需要，国内应用变频技术的领域由点到面逐步推广开来.变频调速在电力传动中的技术地位是由以下自身特点所决定的：①它是随着电力电子技术与控制技术的进步，变频调速技术有了重大发展，出于节能与改善性能的需要，国内应用变频技术的领域由点到面逐步推广开来。

　　变频调速在电力传动中的技术地位是由以下自身特点所决定的：①它是国际上技术更新换代最快的领域。②节约能源效果显著。③应用面广，是工业企业和日常生活中普遍需要的新技术。④是新科技领域的信息化技术。

　　正因为如此，我国在《中华人民共和国节约能源法》中已将变频调速列入通用节能技术加以推广。在国家经贸委《“九五”资源节能综合利用工作纲要》中，其又被列入重点组织实施的十项资源节能综合利用技术改造示范工程之一。国家还对若干行业（工程）的调速系统做了限制性规定，以推动变频调速系统的普及应用。起重机行业推广使用变频调速经过了一个从重点项目到普通项目推广的过程，在重点项目带动下，水利电力、冶金、化工等行业均出现了竞相使用的过程，使用范围越来越宽。电厂煤场用的抓斗起重机一直是起重机中电气投资成本较低的起重机，更由于环境差，操作者水平偏低，因此，烧电机、断钢丝绳、电气元件损坏、机械磨损大，易损坏等故障时有发生，因此维护工作量大。为了更好地解决上述问题，我们在中国石油化工总公司镇海炼化公司化肥厂的10t（31. 5m）桥抓中采用了全变频方案。现将设计、使用中的体会做一介绍。

　　1调速范围起重机械不是精密调速机械，调速的精度选择不应要求很高，就是用在火电厂安装或水电站吊装转子用的起重机，10倍调速范围已足以能满足要求了。对于煤场抓斗起重机而言，主要不在于调速范围，而应着眼于抓斗开闭、起升、下降过程速度的平稳性。而大、小车运行机构变频调速的应用，更可使整机运行平稳，减少机械冲击，3倍的调速范围足够了。

　　2四象限运行在起升机构匀速下降、减速急停、起升、起升减速等工作运行中，重物有时是负载有时是动力。速度有正有负，力矩也有正有负，所以在整定运行周期内系统应能四象限运行，且运行象限的转换应自动快速。对于运行机构也要求在快速运行中快速停车，也有一个动能释放的要求，这就是让它也有象限转换的要求，这也是起重机用变频调速性能的一个重要要求。

　　般变频器可以通过软件来选择其控制方式。机的最大转矩Tm出现时的临界转差率小得多。因通常有4种：V/F开环控制方式，V/F闭环控制方式，开环矢量控制方式和闭环矢量控制方式。对于起升机构、开闭机构，由于其惯量较小，负载变化较大，属于位能性负载。为了获得快速的动态响应，实现对转矩的快速调节，获得理想的动态性能，通常采用矢量控制方式。而在调速范围比较大的使用场合，则采用闭环矢量控制方式，可以获得稳定的工作状态和良好的机械特性。

　　3起动力矩变频调速运行时，外特性是随着频率变化而上下平移的，频率变化可以很精确。与常规的串电阻方式相比，在起动力矩上有差距。我们知道，常规的串电阻起动方式回路中电流限制裕度大，当转子回路串电阻时，机械特性的软化起了起动力矩选择的作用，通常这个值在1.8~2.5之间，起动力矩最大达到Mk力矩足够大了。但有变频调速装置的系统就不能达到这个值。

　　对于交流异步电动机做电流限幅运行时（变频器内部电流限制值），相当于电流源供电，此时有所示的等效电路。

　　异步电动机在恒流源供电时的等效电路根据戴维南定理可以很方便地求出转子电流为"= liXm此，电机转矩-转差特性呈陡峭的尖锋状，在额定电压与额定频率电压源供电时，从空载到满载，电机都接近工作在额定磁通与额定励磁电流下。但由电流源供电时，起动时励磁磁通（或电流）却远小于在额定电压下的数值，因此恒流源供电时，电机的起动转矩很小。随着转速升高，磁通也增加，转矩增大。

　　对于变频调速系统在低频时受V/F概念的限制，起动力矩比较图中1为电动机外特性；2为转子串电阻后使起动力矩为最大；3为当转子串适当电阻时起动力矩（ob）值，若负载为1.OMvfoa）则起动功率以三角形abc面积表示；4为变频调速低频时假定U =Un时的电动机特性曲线（这是理想值），实际上由于U Un，特性变成5而在有电流限制的实际系统中起动力矩为od.起动功率为adf四边形面积表示的功率值明显小了。