摘要：本文主要介紹了ABB變頻器先進的調(diào)速性能以及在橋機上的實際應(yīng)用和設(shè)計思路
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、制動平穩(wěn)、可實現(xiàn)無極調(diào)速的優(yōu)點。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間小于5ms，比FVC控制方式至少小一倍，動態(tài)控制精度比FVC高出一個數(shù)量級；特別在低速運行、電網(wǎng)供電質(zhì)量不好、波形發(fā)生畸變時，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是專門為起重機設(shè)計的，它有一個專門控制制動器的標準提升應(yīng)用宏，用于位能性負載。它可以做到打開制動器時電機以零速保持著重物，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、水泵、平移機構(gòu)等摩擦性負載而設(shè)計的，在起重機中，主要用于行走等平移機構(gòu)。
因此在我單位為琿春電廠設(shè)計的75t20t雙梁橋機中，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機額定電流的原則來選配：
Ib≥Id×K1×K2K3
式中：Ib－變頻器的額定電流；
Id－電動機的額定電流；
K1－最大負載系數(shù)，為所需最大轉(zhuǎn)距與電動機額定轉(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、制動電阻的選擇：
制動電阻的阻值大小以使制動電流不超過變頻器額定電流的一半為宜：
IB=UDR≤Ie2
從而得到 R≥2UDIe
式中：R-制動電阻
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-制動電流
制動電阻的功率:
PB≥ΑBUD2R
式中：PB-制動電阻的功率
αB-選用系數(shù)
UD-變頻器內(nèi)整流后直流側(cè)的電壓
R-制動電阻
αB的取值范圍約為αB＝0.3~0.5 因為在起重機中，吊鉤下降全過程的工作狀態(tài)屬于電動機的再生發(fā)電制動狀態(tài)，可以認為是長時工作制，因此選用：αB＝1.0
3、制動單元的選擇：
制動單元的功能是，當直流回路的電壓超過規(guī)定的限值時，接通能耗電路，使直流回路通過制動電阻釋放能量。制動單元的額定電流按正常直流側(cè)的電壓下流經(jīng)制動電阻的電流的兩倍來選擇：
ICM≥2UDR
三、橋機的系統(tǒng)介紹
琿春電廠發(fā)電廠房有兩臺75t20t雙梁橋式起重機，平時兩臺橋機可以單獨運行，當需要抬吊發(fā)電機定子或抬吊別的大件重物時，兩臺橋機合并為一臺。在任何一臺橋機的司機室里，都可以控制兩臺橋機各機構(gòu)的協(xié)調(diào)運行，并且也可以單獨控制對方橋機各機構(gòu)的運行。因此電控系統(tǒng)采用了“PLC+變頻調(diào)速+MPI網(wǎng)”三級控制方案。
橋機的控制過程是通過聯(lián)動臺主令控制器檔位的數(shù)字量信號傳送給PLC，由PLC運算處理后，再由PLC模擬量輸出模塊輸出直流電壓信號(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。
兩臺橋機電氣系統(tǒng)一樣，主要由主起升機構(gòu)、副起升機構(gòu)、小車運行機構(gòu)、大車運行機構(gòu)傳動系統(tǒng)、橋機操作控制系統(tǒng)等部分組成。
①起升機構(gòu)
主起升機構(gòu)由1臺YZPB（F）250M1-6 37Kw變頻電機驅(qū)動。副起升機構(gòu)由1臺YZPB（F）225M-6 30Kw變頻電機驅(qū)動。采用ABB 公司專門為位能性負載設(shè)計的ACC800－01－0060－3、內(nèi)置制動斬波器；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： 0.18~1.8mmin；副起升速度： 0.68~6.8mmin。主令控制器分為四檔，上下各為10%、30% 60%、100%額定速度；起動、停止和各檔速度過渡平穩(wěn)無沖擊，屬有檔位無級調(diào)速方式。
主、副鉤的操作手柄分別設(shè)在左、右聯(lián)動臺上，可實現(xiàn)主、副鉤的同時工作和副鉤協(xié)同主鉤傾翻或翻轉(zhuǎn)起吊構(gòu)件的要求。
起升機構(gòu)的電路原理圖如圖1所示：
起升機構(gòu)的電路原理圖
②大、小車運行機構(gòu)
大車運行機構(gòu)有2臺YZPB（F）E132M2-4 6.3Kw變頻電機驅(qū)動，兩臺電機由一套變頻器控制；小車運行機構(gòu)由1臺YZPB（F）E132M1-4 5.5Kw變頻電機驅(qū)動。大、小車運行機構(gòu)屬位移性負載，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。
大車運行速度：3~30mmin；小車運行速度：1.8~18mmin。同起升機構(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；同起升機構(gòu)一樣也屬有檔位無級調(diào)速方式。大、小車運行機構(gòu)的電路原理圖如圖2所示：
大、小車運行機構(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提供了兩個應(yīng)用宏：CRANE和MF CTRL，CRANE宏為不帶主從總線功能的提升應(yīng)用宏；MF CTRL為帶主從總線功能的提升應(yīng)用宏，本機選擇CRANE宏。
②基本參數(shù)的設(shè)置
根據(jù)電動機的銘牌上額定電壓、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功能鍵由啟動向?qū)У挠⑽奶崾疽徊讲竭M行參數(shù)設(shè)定；參數(shù)設(shè)定好后，即可作電機的辨識運行。在電機與其驅(qū)動的設(shè)備無法分離時，99.10參數(shù)應(yīng)選擇ID MAGN；在電機與其驅(qū)動的設(shè)備分離時，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，由10.1參數(shù)設(shè)定的制動應(yīng)答數(shù)字輸入點一定要和實際接線相對應(yīng)，此輸入點沒信號變頻器將無法啟動；
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（制動斬波器）等參數(shù)可根據(jù)實際需要設(shè)定；本橋機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
橋機的大、小車運行機構(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)電動機的銘牌將組99參數(shù)設(shè)置好后，即可作電機的辨識運行。電機辨識運行后，根據(jù)實際需要，對組10（起動停止方向）、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（起動停止）、組23（速度控制）和組27（制動斬波器）等參數(shù)進行設(shè)置，參數(shù)設(shè)置結(jié)束，整機變頻器參數(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，由于條件所限，調(diào)速裝置僅帶著電動機進行調(diào)試，沒有制動器。在調(diào)試主起升時，給定信號為零，電動機卻一直沒有停下來。ACC是專為起重機設(shè)計的，調(diào)速裝置在接到制動器閉合確認信號后，還要檢測速度信號，當速度信號為零時，經(jīng)過延時，調(diào)速裝置才停止輸出。用人為的辦法將電動機抱死，一松開，電動機又繼續(xù)進行調(diào)整，調(diào)速裝置始終沒有停止輸出。檢查裝置時，發(fā)現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速為零時，變頻器的速度顯示值還有一個很小的值。檢查電動機，發(fā)現(xiàn)傳感器的連接沒有固定好，因為震動等原因，使傳感器仍然有信號輸出。固定好后，上述現(xiàn)象消失。在調(diào)試副起升時，發(fā)現(xiàn)了同樣問題。檢查電機沒有問題，便考慮到編碼器是否有問題，更換之，一切正常。因此不帶機械制動的調(diào)試過程也是必要的。提醒同行，在現(xiàn)場調(diào)試時一定要注意變頻器的速度顯示值，如果制動器抱死后，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。
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、維護量大等弊病，同時也簡化了設(shè)計工作，使電氣控制性能上了一個新臺階。其可靠性和先進性是舊的調(diào)速系統(tǒng)所無法比擬的，并以其優(yōu)越的性能價格比受到了用戶的歡迎。
參考文獻
1．ABB使用手冊
2．琿春電廠75t20t雙梁橋式起重機招標書
作者介紹：樓曉陽 男 1965年生 河南三門峽人
河海大學(xué)機械學(xué)院電子工程系畢業(yè)、工程師
工作單位：水利部杭州機械設(shè)計研究所
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