摘要：本文主要介紹了ABB變頻器先進(jìn)的調(diào)速性能以及在橋機(jī)上的實(shí)際應(yīng)用和設(shè)計(jì)思路 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，變頻技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中,它具有調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高，起、制動(dòng)平穩(wěn)、可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)。市面上各種品牌的變頻器控制方式大多采用磁通矢量控制FVC，而ABB采用獨(dú)特的直接轉(zhuǎn)矩控制DTC方式。DTC控制方式其力矩階躍上升時(shí)間小于5ms，比FVC控制方式至少小一倍，動(dòng)態(tài)控制精度比FVC高出一個(gè)數(shù)量級(jí)；特別在低速運(yùn)行、電網(wǎng)供電質(zhì)量不好、波形發(fā)生畸變時(shí)，DTC仍然能保持較高的控制精度。 一、ABB交流調(diào)速裝置的介紹 ABB的交流調(diào)速裝置分為ACC和ACS兩種系列，ACC和ACS在硬件組成和結(jié)構(gòu)上基本一樣，區(qū)別在控制軟件上；ACC是專門為起重機(jī)設(shè)計(jì)的，它有一個(gè)專門控制制動(dòng)器的標(biāo)準(zhǔn)提升應(yīng)用宏，用于位能性負(fù)載。它可以做到打開制動(dòng)器時(shí)電機(jī)以零速保持著重物，然后根據(jù)裝置內(nèi)設(shè)定的加、減速曲線加速到給定值，解決了溜鉤問題。ACS是為風(fēng)機(jī)、水泵、平移機(jī)構(gòu)等摩擦性負(fù)載而設(shè)計(jì)的，在起重機(jī)中，主要用于行走等平移機(jī)構(gòu)。 因此在我單位為琿春電廠設(shè)計(jì)的75t/20t雙梁橋機(jī)中，選用了ABB的交流調(diào)速裝置，其中主起升和副起升采用ACC800，小車和大車行走采用了ACS800 二、調(diào)速裝置的選擇 1、變頻器的容量選擇 變頻器容量選擇應(yīng)本著變頻器額定電流大于電動(dòng)機(jī)額定電流的原則來選配： Ib≥Id×K1×K2／K3 式中：Ib－變頻器的額定電流； Id－電動(dòng)機(jī)的額定電流； K1－最大負(fù)載系數(shù)，為所需最大轉(zhuǎn)距與電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)距之比； K2－余量系數(shù)，一般取K2＝1.2 K3－變頻器過載能力系數(shù)，不同的變頻器生產(chǎn)廠家其K3值不一樣，ABB和安川一般取K3＝1.5，西門子取K3=1.36 2、制動(dòng)電阻的選擇： 制動(dòng)電阻的阻值大小以使制動(dòng)電流不超過變頻器額定電流的一半為宜： IB=UD/R≤Ie/2 從而得到 R≥2UD/Ie 式中：R-制動(dòng)電阻 UD-變頻器內(nèi)整流后直流側(cè)的電壓 Ie-變頻器額定電流 IB-制動(dòng)電流 制動(dòng)電阻的功率: PB≥αBUD2/R 式中：PB-制動(dòng)電阻的功率 αB-選用系數(shù) UD-變頻器內(nèi)整流后直流側(cè)的電壓 R-制動(dòng)電阻 αB的取值范圍約為αB＝0.3~0.5 因?yàn)樵谄鹬貦C(jī)中，吊鉤下降全過程的工作狀態(tài)屬于電動(dòng)機(jī)的再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，可以認(rèn)為是長時(shí)工作制，因此選用：αB＝1.0 3、制動(dòng)單元的選擇： 制動(dòng)單元的功能是，當(dāng)直流回路的電壓超過規(guī)定的限值時(shí)，接通能耗電路，使直流回路通過制動(dòng)電阻釋放能量。制動(dòng)單元的額定電流按正常直流側(cè)的電壓下流經(jīng)制動(dòng)電阻的電流的兩倍來選擇： ICM≥2UD/R 三、橋機(jī)的系統(tǒng)介紹 琿春電廠發(fā)電廠房有兩臺(tái)75t/20t雙梁橋式起重機(jī)，平時(shí)兩臺(tái)橋機(jī)可以單獨(dú)運(yùn)行，當(dāng)需要抬吊發(fā)電機(jī)定子或抬吊別的大件重物時(shí)，兩臺(tái)橋機(jī)合并為一臺(tái)。在任何一臺(tái)橋機(jī)的司機(jī)室里，都可以控制兩臺(tái)橋機(jī)各機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)運(yùn)行，并且也可以單獨(dú)控制對(duì)方橋機(jī)各機(jī)構(gòu)的運(yùn)行。因此電控系統(tǒng)采用了“PLC+變頻調(diào)速+MPI網(wǎng)”三級(jí)控制方案。 橋機(jī)的控制過程是通過聯(lián)動(dòng)臺(tái)主令控制器檔位的數(shù)字量信號(hào)傳送給PLC，由PLC運(yùn)算處理后，再由PLC模擬量輸出模塊輸出直流電壓信號(hào)(0～10V)給交流變頻器，通過交流變頻器內(nèi)部的參數(shù)設(shè)定,輸出相應(yīng)的速度, 各檔速度可在PLC中任意設(shè)定。 兩臺(tái)橋機(jī)電氣系統(tǒng)一樣，主要由主起升機(jī)構(gòu)、副起升機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)、橋機(jī)操作控制系統(tǒng)等部分組成。 ①起升機(jī)構(gòu) 主起升機(jī)構(gòu)由1臺(tái)YZPB（F）250M1-6 37Kw變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。副起升機(jī)構(gòu)由1臺(tái)YZPB（F）225M-6 30Kw變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。采用ABB 公司專門為位能性負(fù)載設(shè)計(jì)的ACC800－01－0060－3、內(nèi)置制動(dòng)斬波器；調(diào)速為帶編碼器的閉環(huán)控制，調(diào)速范圍為1:10。 主起升速度： 0.18~1.8m/min；副起升速度： 0.68~6.8m/min。主令控制器分為四檔，上下各為10%、30% 60%、100%額定速度；起動(dòng)、停止和各檔速度過渡平穩(wěn)無沖擊，屬有檔位無級(jí)調(diào)速方式。 主、副鉤的操作手柄分別設(shè)在左、右聯(lián)動(dòng)臺(tái)上，可實(shí)現(xiàn)主、副鉤的同時(shí)工作和副鉤協(xié)同主鉤傾翻或翻轉(zhuǎn)起吊構(gòu)件的要求。 起升機(jī)構(gòu)的電路原理圖如圖1所示： 起升機(jī)構(gòu)的電路原理圖 ②大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu) 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)有2臺(tái)YZPB（F）E132M2-4 6.3Kw變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩臺(tái)電機(jī)由一套變頻器控制；小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)由1臺(tái)YZPB（F）E132M1-4 5.5Kw變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)屬位移性負(fù)載，所以采用ABB公司 ACS800－01-0025-3(大車)和ACS800-01-0011-3(小車)型變頻器調(diào)速。系統(tǒng)采用開環(huán)控制，調(diào)速范圍為1:10。 大車運(yùn)行速度：3~30m/min；小車運(yùn)行速度：1.8~18m/min。同起升機(jī)構(gòu)一樣，系統(tǒng)采用主令檔位開關(guān)量通過PLC的處理，輸出模擬量給交流變頻器，再由交流變頻器輸出相應(yīng)的速度, 各檔速度可在PLC中任意設(shè)定。大、小車主令檔位分為五檔，各檔速度為10%、30%、50%、70%、100%額定速度；同起升機(jī)構(gòu)一樣也屬有檔位無級(jí)調(diào)速方式。大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電路原理圖如圖2所示： 大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電路原理圖 四、ABB交流調(diào)速裝置的現(xiàn)場調(diào)試 1、變頻器ACC800的主要參數(shù)的設(shè)置 ①首先應(yīng)選擇應(yīng)用宏 ACC提供了兩個(gè)應(yīng)用宏：CRANE和M/F CTRL，CRANE宏為不帶主/從總線功能的提升應(yīng)用宏；M/F CTRL為帶主/從總線功能的提升應(yīng)用宏，本機(jī)選擇CRANE宏。 ②基本參數(shù)的設(shè)置 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的銘牌上額定電壓、電流、轉(zhuǎn)速、功率等設(shè)置99.5～99.9參數(shù)；也可以通過CDP312控制盤的FUNC功能鍵由啟動(dòng)向?qū)У挠⑽奶崾疽徊讲竭M(jìn)行參數(shù)設(shè)定；參數(shù)設(shè)定好后，即可作電機(jī)的辨識(shí)運(yùn)行。在電機(jī)與其驅(qū)動(dòng)的設(shè)備無法分離時(shí)，99.10參數(shù)應(yīng)選擇ID MAGN；在電機(jī)與其驅(qū)動(dòng)的設(shè)備分離時(shí)，為了保證最好的控制精度，99.10參數(shù)應(yīng)選擇STANDARD；根據(jù)ACC的特點(diǎn)，由10.1參數(shù)設(shè)定的制動(dòng)應(yīng)答數(shù)字輸入點(diǎn)一定要和實(shí)際接線相對(duì)應(yīng)，此輸入點(diǎn)沒信號(hào)變頻器將無法啟動(dòng)； ③其他參數(shù)的設(shè)置 組13（模擬輸入）、組14（繼電器輸出）、組20（極限值）、組23（速度控制）和組27（制動(dòng)斬波器）等參數(shù)可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定；本橋機(jī)起升部分采用了日本渡邊脈沖編碼器，編碼器由組50參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，與之配合的參數(shù)98.1一定要設(shè)為RTAC-SLOT1,以激活脈沖編碼器，使之為可用。ACC800有兩種外部控制模式：FIELD BUS模式和STAND ALONE模式，本橋機(jī)采用外部開關(guān)量控制，因此64.1參數(shù)應(yīng)選擇TRUE。 2、變頻器ACS800的主要參數(shù)的設(shè)置 橋機(jī)的大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用ACS800變頻器、沒有編碼器的開環(huán)控制。參數(shù)設(shè)置比較簡單，99.4參數(shù)設(shè)置為DTC控制。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的銘牌將組99參數(shù)設(shè)置好后，即可作電機(jī)的辨識(shí)運(yùn)行。電機(jī)辨識(shí)運(yùn)行后，根據(jù)實(shí)際需要，對(duì)組10（起動(dòng)/停止/方向）、組11（給定選擇）、組13（模擬輸入）、組14（繼電器輸出）、組20（極限值）、組21（起動(dòng)/停止）、組23（速度控制）和組27（制動(dòng)斬波器）等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，參數(shù)設(shè)置結(jié)束，整機(jī)變頻器參數(shù)的設(shè)置即告結(jié)束。 五、調(diào)試中出現(xiàn)的問題： 在生產(chǎn)制造廠內(nèi)調(diào)試時(shí)，由于條件所限，調(diào)速裝置僅帶著電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)試，沒有制動(dòng)器。在調(diào)試主起升時(shí)，給定信號(hào)為零，電動(dòng)機(jī)卻一直沒有停下來。ACC是專為起重機(jī)設(shè)計(jì)的，調(diào)速裝置在接到制動(dòng)器閉合確認(rèn)信號(hào)后，還要檢測速度信號(hào)，當(dāng)速度信號(hào)為零時(shí)，經(jīng)過延時(shí)，調(diào)速裝置才停止輸出。用人為的辦法將電動(dòng)機(jī)抱死，一松開，電動(dòng)機(jī)又繼續(xù)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)速裝置始終沒有停止輸出。檢查裝置時(shí)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速為零時(shí)，變頻器的速度顯示值還有一個(gè)很小的值。檢查電動(dòng)機(jī)，發(fā)現(xiàn)傳感器的連接沒有固定好，因?yàn)檎饎?dòng)等原因，使傳感器仍然有信號(hào)輸出。固定好后，上述現(xiàn)象消失。在調(diào)試副起升時(shí)，發(fā)現(xiàn)了同樣問題。檢查電機(jī)沒有問題，便考慮到編碼器是否有問題，更換之，一切正常。因此不帶機(jī)械制動(dòng)的調(diào)試過程也是必要的。提醒同行，在現(xiàn)場調(diào)試時(shí)一定要注意變頻器的速度顯示值，如果制動(dòng)器抱死后，變頻器的速度顯示值還有，立即查明原因，排除故障。否則，變頻器將有燒毀的危險(xiǎn)。 結(jié)束語 ABB變頻技術(shù)的使用，解決了舊的調(diào)速系統(tǒng)所存在的故障率高、線路復(fù)雜、不能平滑調(diào)速、維護(hù)量大等弊病，同時(shí)也簡化了設(shè)計(jì)工作，使電氣控制性能上了一個(gè)新臺(tái)階。其可靠性和先進(jìn)性是舊的調(diào)速系統(tǒng)所無法比擬的，并以其優(yōu)越的性能價(jià)格比受到了用戶的歡迎。 參考文獻(xiàn) 1．ABB使用手冊(cè) 2．琿春電廠75t/20t雙梁橋式起重機(jī)招標(biāo)書 作者介紹：樓曉陽 男 1965年生 河南三門峽人 河海大學(xué)機(jī)械學(xué)院電子工程系畢業(yè)、工程師 工作單位：水利部杭州機(jī)械設(shè)計(jì)研究所 聯(lián)系地址：杭州學(xué)院路102號(hào) 郵編： 310012 電話： 0571－88087151 手機(jī)： 13968014789 電子郵箱：dlxydxx@163.com