ABB变频器在起重机上的应用

ABB变频技术在起重机上的应用

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ABB变频技术在起重机上的应用

摘要：

本文主要介绍了ABB变频器先进的调速性能以及在起重机上的实际应用和设计思路，随着科学技术的发展，变频技术被广泛应用于工业生产中,它具有机械特性硬、调速范围宽、调速精度高，起、制动平稳、可实现无极调速 。可以说基本上替代了接触器-继电器常规控制，变频调速技术发展到今天已完全克服了众多不足，无论是在起重机老产品改造还是新产品设计，变频调速都是优选方案。ABB在交流传动方面始终处于世界领导地位，其传动产品在冶金、石化、发电等领域都得到客户普遍认可。全数字式、智能化的设计，方便灵活的速度设定，实现稳定低速运行，改善了定位的准确性。本人根据多年维护经验和实践体会，谈谈ABB变频器在本单位起重机的使用现状。 关键词： 起重机 交流调速 变频器 正文：

1、ABB交流变频调速装置的介绍

ABB的交流调速装置分为ACC和ACS两种系列， ACC和ACS在硬件组成和结构上基本一样，区别在控制软件上; ACS800是专为风机、水泵、平移机构等摩擦性负载而设计的，在起重机中，主要用于行走

等平移机构。ACS800系列最大的特点是在全功率范围内使用了相同的控制技术，例如：具有启动向导、自定义编程、DTC控制、通用备件，通用接口技术、通用的维护调试软件工具、更高的集成度和更紧凑的结构设计。启动向导的应用，使装置的调试变得非常简便，调试时根据英文提示一步步向下走即可;自定义编程就象内置了小型的plc一样具有更好的适应性;同时它本身内置了电抗器，减少了外围元件。ACS800系列具有电机参数自检测自适应功能，各种保护齐全:具有失压保护、接地保护、冷却风机异常、超频(超速)保护、接触器粘结、缺相等保护等。操作简单，多种应用宏程序可以选择,功能十分强大，与传统的调速系统相比变频器解决了传统调速可靠性差、能耗高、维修成本高等一系列问题。系统大多采用开环控制 ，其开环控制精度可以达到闭环矢量控制的精度（0．1％－0．5％），开环转矩阶跃上升时间小于5毫秒，约为矢量控制的1／20，起动转矩可达200％，并具有有效的磁通制动来提供最大可能的制动力矩。 目前最先进的DTC控制技术使操作者便于精确控制速度和转矩，该装置与传统的主令开关配合使用，操作非常方便。目前ACS800系列已经逐步取代了ACC600系列，它具有效率高、调速范围宽、精度高、平滑性好等优点，因此在我单位炼钢区域设计的大吨位桥机中，平移机构选用了ABB的ACS800系列产品。 2、变频调速的基本原理简介

交流异步电动机的转子转速ｎ可用下式表示：

ｎ＝60f/p ×(1-s)  (１) 式中：ｆ——定子供电电源的频率； ｐ——电动机的极对数； ｓ——电动机的转差率。 由此可见，当平滑地改变ｆ时，即可改变ｎ。 变频技术大致可分为叫-直-交变频与交－交变频两种。我们通常所见的变频器大多采用的为交-直-交变频技术。 2、１交-直-交变频器的构成及原理 变频器分为交-交和交-直-交两种形式交-交变频器可将工频交流直流接变换成频率、电压均可控制的交流，又称直接式变频器。而交- 直-交变频器则是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率、电压均可控制的交流，又称间接式变频器。是目前广泛应用的通用型变频器。 变频器的基本构成如图所示，由主回路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制回路组成，分述如下： 图（1） (1)整流器

电网侧面的变流器是整流器，它的作用是把三相（也可以是单相）交流整流成直流。 （2）逆变器

负载侧面的变流器为逆变器最常见的结构形式是利用六个主开关器件组成的三相桥式逆变电路。有规律的控制逆变器中主开关的通与断，可以得到任意频率的三相交流输出。 （3）中间直流环节

由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载无论电动机处于电动或发电制动状态，其功率因数总不会为 1 。因此，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件（电容器或电抗器）来缓冲。所以又常称中间直流环节为中间直流储能环节。 （4）制动单元

异步电机在再生制动区域运行时，再生能量首先储存于储能电力电容器中，使直流电压升高。对起重机机械系统惯量所积蓄的能量比电容器能储存的能量大，并且需要快速制动，必须用可逆变流器把再生能量反馈到电网侧，这样节能效果更好，或设置制动单元，把多余再生功率消耗掉，以免直流回路电压的上升超过限值。 （5）控制电路

控制电路常由运算电路、检测电路、控制信号的输入、输出电路和驱动电路等构成其主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器

的电压控制以及完成各种保护功能等。控制方法可以采用模拟控制或数字控制。高性能的变频器目前已经采用微型计算机进行全数字控制，采用尽可能简单的硬件电路，主要靠软件来完成各种功能。由于软件的灵活性，数字控制方式常可以完成模拟控制方式难以完成的功能。

3、变频调速的基本控制方式及机械特性

由电机理论知道， Eg=4.44?1N1фm （2） 式中 Eg —气隙磁通在定子三相异步电动机定子每相电动势的有效值是每相中感应电动势的有效值（ V ）； f1 —定子频率（赫兹）；

N1 —定子每相绕组串联匝数； фm —每极磁通量（ Wb ）。

公式中，фm 的值是由 Eg 和 f1 共同决定，对 Eg 和 f1 进行适当的控制，就可以使气隙磁通ф m 保持额定值不变，达到控制ф m 的目的对此，需要考虑基频（额定频率）以下和基频以上两种情况。 （ 1 ）基频以下调速

为了保持电动机的负载能力，应保持气隙磁通ф m 不变，这就要求频率 f1 从额定值向下调节时，必须同时降 Eg 。使

Eg =常数 ? （3）

即保持电动势与频率之比常数进行控制这种控制又称为恒磁通变频调速，属于恒转矩调速方式。但是，Eg难于直接检测和直接控制（当

Eg和f1的值较高时，定子的漏阻抗压降相对比较小，如忽略不计，则可近似地保持定子相电压U1和频率=Eg，保持U1/f1=常数即可）。这就是恒压频比控制方式，是近似的恒磁通控制，低频时， U1 和 Eg 都较小，定子漏阻抗压降（主要是定子电阻压降）不能在忽略这种情况下，可以人为地适当提高定子电压以补偿定子电阻压降的影响，使气隙磁通基本保持不变。 基频以下变频调速的机械特性 （ 2 ）基频以上调速 在基频以上调速时，频率可以从f1N往上增上，但电压U1却不能超过额定电压UN，最多只能保持U1=U1N。由前式可知，这必然会使主磁通фm随着f1的上升而减小，相当于直流电动机弱磁升速的情况，属于近似的恒功率调速方式。最大转矩减小，机械特性上移，如下图所示。由于频率提高而电压不变，气隙磁通必然减小，导致转矩的减小，但转速升高了，可以认为输出功率基本不变。所以，基频以上变频调速属于弱磁恒功率调速。 基频以上变频调速的机械特性 把基频以下和基频以上两种情况结合起来，可得到的异步电机变压变频调速控制特性，即异步电机变频调速的基本控制方式。变频调速控制特性 4、ABB变频器的参数工厂宏模式数字量输入和输出的设置 （1）所有的传动命令和参数设定都可以通过控制盘CDP312R按键或一个外部控制地给出，由控制盘的LOC/REM键来完成，传动单元为速度控制模式。（2）在外部控制模式下，控制地为EXT1。给定信号连接到模拟输入口AI1,启动、停止和转向信号分别连接到数字输入DI1和DI2。默认情况下，运转方向为FORWARD(参数10.3).DI2不控制电机的运转方向，除非参数10.3的值为REQUEST。通过数字DI5和DI6可以选择三个恒速值，可以预设两个加减速斜坡，根据DI4的状态来选择使用那个斜坡。在控制端子板上有两个模拟输出（速度和电流）信号和三个继电器输出信号（准备、运行、故障）。控制盘可以同时显示三个实际信号状态（FREQUENCY/CURRENT/POWER）。也可以通过串行通信来读取这些数值。自动的故障监测和保护。一般性的故障都可以通过控制盘上RESET键复位或通过参数16.04通过一个外部数字输入DI来定义故障复位。

控制盘CDP312R功能

(3)标准情况下有六个可编程的数字输入端，最多可以扩展六个数字输入。六个输出端，也可以通过串行通信连接将数值给继电器输出。（4）DTC直接转矩控制模式实用于大多数场合，而标量控制适合于不能使用DTC控制的一些特殊场合，例如:电机数是可变的，额定电流小于ACS800额定电流的1／6，无电机连接，仅用于测试目的时。在标量控制下不能获取象DTC那样精确的电机控制精度。 5、 变频器ACS800的主要参数的设置

桥机的大、小车运行机构采用ACS800变频器、没有编码器的开环控制。参数设置比较简单，99.4参数设置为DTC控制。根据电动

机的铭牌将组99参数设置好后，即可作电机的辨识运行。电机辨识运行后，对组10、组11、组13、组14、组20、组21、组23和组27等参数进行设置，参数设置结束，整机变频器参数的设置即告结束。但是，如果参数设置不当，不能满足生产的需要，导致时常跳闸，严重时将烧毁IGBT或整流桥等器件，不仅造成维修量增加而且增加生产成本，所以一套好的参数设置数据也是保证变频器良好运行的前提。

6、目前在起重机上的使用状况

就本单位炼钢区域320T/80T/15T为例,大车运行机构有4台变频电机驱动，两套变频装置控制 ，一套变频器故障可切换参数组，使另一台变频装置可临时带两台电机运行。主小车运行机构由2台变频电机驱动，一台变频控制。一套故障另一台变频装置可临时带两台电机运行。副小车一般由一台电机驱动，一台变频器控制(后来又加了一台，可互为备用)，大车运行机构正、反向各4档，各档速度通过参数分别设定为额定速度的10%、20%、50%、100% ，属有档位无级调速方式。大小车运行机构属位移性负载，系统采用开环控制，控制精度为0.5%。小车运行速度：3-30m/min ，大车运行速度：8-80m/min，系统采用主令档位开关量通过plc 的处理，输出给交流变频器，再由交流变频器输出相应的速度, 各档速度可在PLC中任意设定。桥机的操作均在司机室内进行，通过联动台主令控制器控制。PLC输出到变频器再输出给定信号来实现各机构的控制需求，最终达到调速的目的;PLC为核心控制器;采用西门子s7-300，点数按实际需要配置，并

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