变频调速控制系统在门式起重机上的应用

呜呜呜我为我

变频调速控制系统在门式起重机上的应用

铁道部专业设计院机动处　刘庆德

提　要　介绍矢量控制的高频调速闭环系统在起重机上的应用。　　关键词　起重机　变频调速　矢量控制

目前,门式起重机已广泛应用于各种货场

及码头等场所。大部分门式起重机采用交流拖动及传统的控制方式,但在不同程度上存在着消耗功率大、效率低,低速起动力矩小、制动力矩小、速度不太稳定、线路复杂和可靠性、安全性较差的缺点。近几年来,某些国家研究的交—交变频矢量控制调速系统,力图解决低速起动力矩和制动力矩偏小的问题。但由于技术尚未成熟,实际使用中系统的稳定性、可靠性及安全性仍较差;而采用日本三菱公司新型的FR —A240系列和FR —A241系列的矢量控制交—直—交变频器和可编程控制器(PLC)组成的控制系统。其调速性能可完全满足起重机的调速要求。由于采用了矢量控制方式,从而使该系统具备了平滑调速、起制动力矩大、能量回馈和顺序控制等功能,该起重机的电控系统达到了国际先进水平。1　矢量控制

矢量控制是模拟直流电动机的控制特点来控制异步电动机,也就是通过矢量变换将定子电流矢量分解成物理上不直接存在的转矩电流和励磁电流,再对这两个量分别进行控制,最后再进行反变换,从而实现对异步电动机的控制。

从产生电磁转矩的角度来看,异步电动机转矩公式为:

T =C T 5m I 2cos U 2(1)

可见它是气隙磁通5m 和转子电流的有功

分量I 2cos U 2相互作用而产生的。从异步电动机的向量图(图1)中可知,异步电动机转子绕组的总磁链72=7m -72L 和转子电流I 2相互垂直。而且52=cos 5m ,把它代入(1)式则得到:

T =C T 5m õI 2cos U 2=C T õ52õI 2

(2)

72—转子磁链;7m —气隙磁链;I 1—定子电流;I 1T —I 1的转矩电流分量;I 1M —I 1的励磁电流分量;I ′2—转子电流;E 2—转子电势;U 2—转子功率因数角。

图1　异步电动机相量图

其中5m 对应于磁链7m ,52对应于72。由此可见,如果设法保持转子磁链72恒定(即保持转子磁通52恒定),那么电动机的转矩T 就和转子电流I 2成正比。控制转子电流就能控制电动机的转矩T ,从而能使系统拥有较好的动态特性,这就是按转子磁链定向的矢量控制方法的基本思想。

电动机转子磁链为:

72=L 12/(1+S 2PI 1m )(3)

式中　L 12——定转子绕组互感;

　S 2

——L 22/R 2转子绕组的时间常数;　L 22——转子绕组的漏感;　R 2——转子绕组的电阻;　P

——为算子。

从式(2)和(3)式可知,转矩和磁链是与电机参数有关,在实现矢量控制之前必须测定转子电阻,互感和漏抗,而这些参数可通过电机空载和短路试验中获得,由于现场并不具备做这些试验的条件,需利用变频器的特殊功能,在电机静止时自动测定电机参数,再经过内部自动

96铁道标准设计　　　　　　　　　　　　　　　　

1999年8、9期　　

呜呜呜我为我

调整,达到变频器和电机之间的最优匹配。

控制门式起重机起升机构的关键是要解决低速起动力矩大,下放时制动力矩大和速度平稳调节。所以矢量控制这种面向转矩的控制方式特别适用于起重机的起升机构,而且变频器的输出功率是逐渐变化的,可以实现平滑调速,也有利于准确定位。

2　顺序起制动控制

在门式起重机的工作过程中,起升机构提升或下放重物时,安全可靠相当重要。为此,系统设置了顺序起制动控制功能,保证了低速起动力矩和制动的准确性,防止吊钩下滑造成的安全事故。在顺序起制动控制中,变频器起动和制动过程的动作响应图如图3

所示。

图2　变频器启动和制动过程的动作响应图

(1)起动过程:当输入正转起动信号(ST F)到变频器后,其输出频率从起动频率f 1

开始上升,此时电磁制动机构仍未释放。当输出频率达到制动器释放频率f 2时,变频器输出制动释放要求信号(RUN),准备释放电磁制动机构,随后变频器将接收到制动释放完毕信号(ST OP),待制动器完全打开(打开延时t 2)后,电动机开始转动并上升至目标频率f 3。可见,在电动机低速起动以前变频器已经输出一个足够大的提升力矩,也就是当电磁制动机构打开前,电动机已产生一个可支持重物的力矩,当制动器打开时,这个力矩可以防止发生起动时力矩不足而导致重物下滑的危险现象。

(2)制动过程:在停机时,当变频器的输出频率下降到制动闭合频率f 4时,制动释放要求信号(RUN)消失,制动释放完毕信号(STOP)消失,此时电磁制动机构才开始闭合(经过t 3时间),电动机逐渐停止转动。如果在目标频率f 3时进行制动,就会磨损抱闸机构,缩短机械寿命,若在电动机停转时才进行制动,那么则容易出现电磁制动滞后动作,而可能由于输出力矩

不足引起重物跌落的危险情形。采用低速制动的方法可以克服上述缺点,而且在f 3与f 4之间,系统处于再生制动状态,从而使系统拥有更高的安全可靠性能。3　效果分析

采用变频器和可编程控制器组成的门式起重机的调速系统,不仅可以明显提高门式起重机的安全性、可靠性,而且可以提高装卸效率、降低能源消耗、降低维修费用、减少劳动强度。满足其工况和作业需要,适应装卸作业向集装箱化运输方向发展的要求。这主要表现在:(1)提高系统的安全性。系统采用PLC 和变频器组成的变频调速系统,根据不同负荷重量,自动控制升降速度,可有效避免负载超载的现象,杜绝事故的发生;

(2)提高系统的可靠性和改善起重机钢结构的性能。由于变频器、PL C 自身具备完善的保护功能,自诊断功能和较强的抗干扰能力,以及平稳的加、减速性能,从而使得起重机减少了加速和减速时的冲击,改善了起重机钢结构的性能。因此,起重机整体系统的可靠性大为提

97

变频调速控制系统在门式起重机上的应用——刘庆德

呜呜呜我为我

住宅建筑节能技术

西北建筑工程学院　眭海波

提　要　根据发展节能住宅建筑的需要,提出住宅规划及住宅各部分的构造节能技术。

关键词　住宅　节能　技术

住宅建筑规划不合理,外围护结构保温隔热性能差,门窗气密性不良,是造成冬季室温较低、夏季室内过热的重要原因之一。要改善居住热环境,减少能源消耗,就必须严格实施国家新颁布的《民用建筑节能设计标准》(JGJ26—95),并在此基础上总结出一套经济适用的节能技术,供实际应用。

1　住宅规划设计中的节能技术

节能设计应从建设选址、建筑群体和建筑单体的布局、朝向、体型、间距及日照、冬季主导风向、夏季主导风向、建筑的空间环境构成等多方面进行深入研究。

(1)节能住宅的选址。住宅建筑不宜布置在山谷、洼地、沟底等凹地,因冬季冷气流在凹地里形成对建筑物的“霜洞效应”。

(2)节能住宅最好的朝向是坐北朝南,受条件限制时,偏东或偏西不应超过15°,对于单体节能住宅,最好的体型是长轴朝东西的长方形,板式住宅优于点式住宅。

(3)节能住宅的日照、间距、密度。南北两房应有足够的日照间距,在住宅规划时,常用一年中太阳高度角最小的冬至日,控制南北房的间距。

(4)节能住宅建筑的布局,可以利用组团建筑的布局,形成优化微气候的良好界面,应充分结合特定地点的自然环境因素、气候特征、住宅的功能、人的行为活动特点,建立一个小型组团建筑物,形成自然—人工生态平衡系统。

(5)节能住宅应尽可能争取有利的通风条件,并在东西墙种植附墙、攀援性植物,防止西晒。通过广植花卉、草木,绿化周围环境,减少太阳辐射和地面反射。

2　平面设计中的节能技术

建筑平面布置基本上能够反映建筑功能和空间组合的主要内容,从节能角度考虑,平面组合要注意以下几点:

(1)增加房屋进深,减少体型系数。体型系数愈小,热工性能愈好,故平面设计宜采取增大房屋进深跨度,减少平面凹凸等措施,使体型系数控制在0.30以下。

(2)单元入口设置挡风门斗。住宅楼单元入口往往朝北,为了减少散热量,可在单元门外设挡风门斗,使入口转朝东向,与冬季主导风向相背;

(3)采暖居住建筑与楼梯间相邻的隔墙和户门应采取保温措施;

(4)正确选择住宅最佳方位,充分利用太阳能。在平面设计中,结合当地具体的地理位置,

高,门吊的故障率大大降低;

(3)提高装卸作业的稳定性和装卸效率。系统具备随时修改升降速度,加减速时间等工艺参数的能力,从而使吊机始终处于最佳的运行状态,保证货物空中或落地准确定位,确保货物安全。加之系统的安全性、可靠性高,即可大大提高装卸效率,估计可提高装卸效率30%以上。

该系统目前已得到铁道部的认可,并正在进一步推广之中,得到青岛分局胶州货场等使用单位的好评。

98铁道标准设计　　　　　　　　　　　　　　　　1999年8、9期　　

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1x8j.html