巢峰
摘要:3000噸浮吊吊機(jī)的變頻控制系統(tǒng)與常規(guī)的繼電接觸器控制系統(tǒng)相比機(jī)械特性硬,無級(jí)調(diào)速范圍寬、精度高,起、制動(dòng)平穩(wěn),維護(hù)簡便。本文是根據(jù)3000噸吊機(jī)上Rockwell Power Flex700S變頻器的使用和維護(hù)體會(huì)所作的總結(jié)。
關(guān)鍵詞:3000噸浮吊 起重機(jī) 變頻器
0 引 言
海工浮吊吊機(jī)由于在海上施工的特殊環(huán)境對(duì)調(diào)速性能有很高要求,傳統(tǒng)的起重機(jī)調(diào)速方法如繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、晶閘管定子調(diào)壓調(diào)速和串級(jí)調(diào)速等由于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)有集電環(huán)和電刷,它們要求定期維護(hù),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(hù)量較大,調(diào)速系統(tǒng)的故障率較高。 而3000噸浮吊吊機(jī)所采用的交流變頻控制系統(tǒng)不僅為交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的吊機(jī)實(shí)現(xiàn)了大范圍、高質(zhì)量地調(diào)速,而且由于控制線路簡單,保護(hù)監(jiān)測功能完善,在運(yùn)行可靠性和方便維護(hù)的角度上較傳統(tǒng)的交流調(diào)速系統(tǒng)有較大的提高。
1 3 000噸吊機(jī)變頻器
本吊機(jī)采用Rockwell PowerFlex700S交直交變頻器,先把工頻交流通過整流器變成直流,然后再把直流變換成頻率、電壓均可控制的交流,又稱間接式變頻器。如圖1所示,該變頻器由主回路(包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器)和控制回路組成。
電網(wǎng)側(cè)面的變流器是整流器,它的作用是把三相交流整流成直流。
負(fù)載側(cè)面的變流器為逆變器。有規(guī)律的控制逆變器中主開關(guān)的通與斷,可以得到任意頻率的三相交流輸出。
由于逆變器的負(fù)載為異步電動(dòng)機(jī),屬于感性負(fù)載無論電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)或發(fā)電制動(dòng)狀態(tài),其功率因數(shù)總不會(huì)為 1 。因此,在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無功功率的交換。這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件電容器或電抗器來緩沖。所以又常稱中間直流環(huán)節(jié)為中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。
制動(dòng)單元會(huì)把多余再生功率消耗掉,以免直流回路電壓的上升超過限值。
控制電路常由運(yùn)算電路、檢測電路、控制信號(hào)的輸入、輸出電路和驅(qū)動(dòng)電路等構(gòu)成,其主要任務(wù)是完成對(duì)逆變器的開關(guān)控制、對(duì)整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能等??刂品椒梢圆捎媚M控制或數(shù)字控制。本吊機(jī)的變頻器用PLC控制,采用盡可能簡單的硬件電路,主要靠軟件來完成各種功能。
2 3000噸吊機(jī)優(yōu)越的性能
3000噸吊機(jī)具有大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、超過150%的額定轉(zhuǎn)矩,若考慮超載實(shí)驗(yàn)等因素,在起動(dòng)加速過程中可提供200%的額定轉(zhuǎn)矩。起升機(jī)構(gòu)在將重物吊離或接觸地面瞬間負(fù)載變化劇烈,變頻器能對(duì)這種沖擊性負(fù)載進(jìn)行平滑控制。運(yùn)行平穩(wěn),起、制動(dòng)平緩,運(yùn)行中加、減速時(shí)整機(jī)振動(dòng)和沖擊小,安全性高,并且延長了起重機(jī)機(jī)械部分的壽命。
電機(jī)調(diào)速范圍寬,負(fù)載變化時(shí)轉(zhuǎn)速不會(huì)隨之變化,可實(shí)現(xiàn)海工作業(yè)時(shí)的精確控制定位要求,比如在有風(fēng)浪的情況下將平臺(tái)精確定位安放到導(dǎo)管架上這樣的施工。而且變頻器實(shí)時(shí)監(jiān)測電機(jī)的運(yùn)行速度,當(dāng)電機(jī)速度大于設(shè)定的最高允許速度或速度偏差值時(shí),變頻器發(fā)出故障報(bào)警并立即停止輸出,機(jī)械制動(dòng)器動(dòng)作,使起重機(jī)處于安全狀態(tài),不會(huì)出現(xiàn)溜鉤等危險(xiǎn)狀態(tài)。
由于采用編碼器進(jìn)行閉環(huán)控制,可以做到零轉(zhuǎn)速滿轉(zhuǎn)矩輸出的懸??刂?。因此電機(jī)和大絞車的剎車打開之前,不會(huì)產(chǎn)生過大的電流,停車時(shí)也可以到零速時(shí)再關(guān)閉電機(jī)和大絞車的剎車,避免對(duì)機(jī)械的沖擊。并且由于具有懸停功能,在頻繁起停時(shí),可以不關(guān)閉機(jī)械剎車,提高了工作效率。所以3000噸吊機(jī)的變幅、主鉤、輔鉤、小鉤由電氣制動(dòng)完成,機(jī)械制動(dòng)器在電動(dòng)及絞車停轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)作,這樣的話使變頻器輸出轉(zhuǎn)矩與機(jī)械制動(dòng)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩平滑切換,所以機(jī)械制動(dòng)器的制動(dòng)片壽命大為延長,維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用下降。
當(dāng)變頻器傳動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)向下運(yùn)行或急減速時(shí),異步電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電狀態(tài),其能量要向電源側(cè)回饋。逆變器中的六個(gè)回饋二極管將傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能回饋到中間直流回路,并引起儲(chǔ)能電容兩端電壓升高。Rockwell Power Flex 700S變頻系統(tǒng)在中間直流回路設(shè)置制動(dòng)單元和電阻,讓連續(xù)再生能量通過電阻器以發(fā)熱的形式消耗掉,避免直流回路電容電壓升到保護(hù)極限值后變頻器過壓跳閘。
同時(shí),吊機(jī)變頻器具有強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行軟件DriveExcutive,方便工作人員通過人機(jī)界面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控和功能修改。如圖2所示,我們可以通過修改30和31號(hào)參數(shù)來改變主鉤驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的最高轉(zhuǎn)速、通過修改32和33號(hào)參數(shù)來改變主鉤驅(qū)動(dòng)電機(jī)的加減速時(shí)間,這在海上施工中非常重要,比如在天氣惡劣的情況下需要精準(zhǔn)對(duì)位,我們可以在允許的范圍內(nèi)通過修改這4個(gè)參數(shù)來提高電機(jī)的反應(yīng)速度,但是這樣對(duì)系統(tǒng)的沖擊會(huì)比較大,而當(dāng)海況較好或者不需要精準(zhǔn)對(duì)位時(shí),我們可以再將這4個(gè)參數(shù)恢復(fù)正常值以保護(hù)設(shè)備。如圖3所示,我們可以在輔鉤吊重時(shí)建立關(guān)鍵幾個(gè)參數(shù)的趨勢圖,觀察電機(jī)的轉(zhuǎn)速、電流、直流母排的電壓是否有異常,便于工程人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題。
圖 2 主鉤驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要參數(shù)
圖 3 輔鉤驅(qū)動(dòng)電機(jī)吊重時(shí)主要參數(shù)趨勢圖
3 結(jié)論
3 000噸浮吊吊機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)由電位器作為輸入給定,通過變頻調(diào)頻調(diào)速電控設(shè)備、重量傳感器、限位開關(guān)、電磁閥等配合使用來控制起重機(jī)交流變頻異步電動(dòng)機(jī)起、制動(dòng)、可逆運(yùn)轉(zhuǎn)與調(diào)節(jié)。采用交流變頻調(diào)速和可編程控制技術(shù),提高運(yùn)行效率,改善超負(fù)荷作業(yè),消除起制動(dòng)沖擊,減少電氣維護(hù),降低電能消耗同時(shí)還具有過電流、過電壓、欠電壓和輸入缺相保護(hù),以及變頻器超溫、超載、超速、制動(dòng)單元過熱、I/O故障保護(hù)、電動(dòng)機(jī)故障保護(hù)等功能,保證了吊機(jī)在海上施工時(shí)安全平穩(wěn)的運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
[1] 張三豹.變頻器在起重機(jī)中的應(yīng)用[J]. 起重運(yùn)輸機(jī)械, 2001.
[2] Allen Bradley. Power Flex700S High Performance AC Drive[M]. Rockwell Automation,2007.
[3] 王衛(wèi)鋒.羅克韋爾自動(dòng)化變頻器應(yīng)用[M].Rockwell Automation, 2008.
[4] 姚錫祿.變頻器控制技術(shù)與應(yīng)用[M].福建科學(xué)技術(shù)出版社, 2005.
[5] 張登山.西門子通用變頻器應(yīng)用實(shí)例[M].SIEMENS, 2002.endprint