Vacon变频器在堆厂、车间航吊电器设备上的应用

在国内，使用起重设备场合部分有采用转子切电阻的调速方案。该方案依赖转子部分串不同阻值的金属电阻来消耗部分能量以达到调速效果，在低速区具有稳定性差、出力不足的缺点，在高速重载下降时要有第三方制动即拖拽才能保证重载不溜钩，这种制动方式常有能耗制动、涡能制动、单相制动、低频发电机制动等。它们在能源利用方面：要消耗大量能源作制动、降能方面的功，只有一少部分（用以驱动电机作功）作功是用来提升重物。在电机保护方面：由于采用了第三方的拖拽对电机的冲击较大，在能耗和单相制动要对电机注入直流电流和不平衡电流，在频繁使用过程中会使电机的温度过高，影响电机的绝缘加速了电机的老化过程。在机械平稳方面：由于制动的冲击力使振动加剧，加速了机械疲劳过程。
从上世纪八十年代末变频调速开始应用的起重设备上，至今大多数起重设备采用的是安川、三菱、富士等品牌变频器，也有ABB、Siemens、Vacon、danfoss等厂家。系统解决方案共同特点是将变频器应用在起升设备上，没有从系统本身的工艺方面改进，基本上固守不进。变频调速是通过改变电源的频率和电压这两个参数来实现的。它是一平滑的过程，在调节速度过程中是无级的，对振动不敏感。其本身具有控制接线简单，全过程可调整，调速精度高，启动力矩的大，本身过载能力强的优点。变频器能通过开环、闭环、编码器、总线、频率、矢量、力矩等控制组合出多达十几种控制方法。
Vacon变频器针对各应用场合开发不同的应用宏。能满足各种苛刻的应用方案，降低了成本，使控制更专业化、集成方便化。
在使用变频器的过程中对成本的回收不是利用设备的创造价值，而是依附节省能源这部分来实现。而大多数变频器使用寿命在2~8年，与环境和保养方法有直接联系，与是国内或国外的产品没多大关系。在国内用户只注重变频器一次性投入价格，而忽视了性价比的用户比较常见。在变频器的选型时，用户要考滤的技术因素已不在是昔日的关键技术是否成熟的问题；转而转到CPU处理速度是否够快，变频器对电机的建模方法，控制板和功率板的设计运算能力和精度等问题。选择Vacon高性能变频器能够使系统科技含量跨向一新台阶，一切源自于Vacon起重应用宏的设计是针对与起重设备各机构的调速需求。
在起升机应用中，要求变频器在四个象限工作、200%力矩启动、启动次数频繁等苛刻条件下工作。变频控制时为防止重载提升货物过程中出现溜钩现象。Vacon CX的专用的机械制动应用变频器、Vacon CX主从控制应用变频器、Vacon CX的闭环总线应用变频器、抗晃应用变频器等都具有该功能。
在起升过程中变频器如果在没有力矩输出时就误打开机械报闸是很危险的，更不符合《起重设备安全技术规范》的要求。Vacon的机械制动应用变频器是将报闸的开闭信号都由变频器的输出端子控制。原理是：用电流互感器检测输出电流，进行向量分解以检测电机定子磁场位置，计算反馈给控制处理器CPU，经CPU运算分析通过专用ASIC电路发出控制信号，触发门极驱动器来控制IGBT桥的PWM调制电压、频率的。整个过程在每1ms内循环完成一次。当输出力矩足够大（>150%）时打开报闸，运行时电机出力将自动保持在能够提升重物所克服的摩擦力和向上的加速度，停车时先降低频率增大力矩直到输出频率为零，经过设定的延时时间后（0~1S），控制端子输出闭合报闸信号，控制报闸闭合。采用频率控制或速度控制。
在双机抓斗运行的模式中，vacon主从应用宏是为抓斗、港口吊车专门开发的一种软件.主体是一主一从两个变频器,以主带从,以方便实现特定功能. 主机和从机之间不是刚性连接，允许主机和从机之间有一定的速度偏差，抓斗上升时主机和从机采用负荷分配的方式运行，抓斗下降时主机和从机采用速度同步的方式运行。该控制应用宏中，从机通过模拟量的方式获得主机的运行速度和输出转矩，主机和从机均采用频率控制或速度控制。
起重机用来提升和运送重物，由于起重机的每一次加速都会引起货物的晃动，使用Vacon变频驱动器可以令起重机的运动平稳。ICRAS应用通过智能的速度控制计算代替限制起重机的加速度，从而避免负载的晃动并优化电机转矩，这使得操作更快捷并且没有货物晃动情况。ICRAS系统同时具备高度检测功能，负载的高度利用ICRAS板上的4-20mA输入端口来测量。4-20mA输入信号有0..10m和0..20m两种状态可供选择，预校准传感器是可选件。快速旁路和ICRAS操作模式可通过一个数字输入端口进行转换或可自动转换。如果选用自动转换模式，驱动器在读取第一个方向指令后，其控制状态就被锁定，直到重新开始一个上电运行循环。对生产厂来说，ICRAS系统显着地提高了工作效率。
通讯功能在航吊设备上具有广泛的开发前景。由于Vacon变频器本身结构有效抑制了电磁干扰和变频器的电磁谐波。采用了稳定、可靠的通讯方案有MODBUS、INTERBUS、PROFIBUS-DP、LANWORK、CAN等等。在起升系统中不仅解决了通讯不稳定的难题，也可做到无称重传感器的过载保护、力矩限制功能。通过触摸屏等人机界面进行参数显示、设定、修改，将复杂的过程变得清晰。系统可靠性高、集成度高，更大限度的发挥了系统的强大功能。
在任何系统功能不变的情况下，Vacon CXI方案更有利于系统的资本回收，并且提高了系统的运行稳定性。在起升机构制动或下降时，能量反馈到直流DC，使DC电压升高，给其他机构运行提供稳定的电压，就不会有导致电源电压下降的可能；在起升的同时使用其他机构，其他机构的制动也带来较好的节能效果。整个电源电压允许在-15%~+20%范围变化，输出稳定性大大提高。
对20吨的航吊而言，Vacon CX系统可为用户节约投资成本20~30%左右，节能较CX方案提高5~10%左右。如果资金许可，采用Vacon CXR再生能量反馈方案更有利于节约能源，CXR将制动能量转变为可以再次利用的电能。节能较CX方案提高15~25%左右。但初期投资成本增加了15~25%左右，系统投入运行后反而缩短了成本的回收期。图一a、b、c分别是VaconCX、CXI、CXR变频器系统方案图。
Vacon CXR解决方案能提高系统运行稳定性不单依赖允许电源电压最大在340V~550V范围变化，而且能够提供可选择的二极管直流电压水平（线电压额定值的1.35倍）100%、115%、120%、125%四种不同的电压值。随着负荷的高速变化，输出电压水平在±5%范围内变化并且持续时间大约为10ms。在硬件配置方面，CXR线路再生单元的容量并不要求必须是逆变器总容量之和，但需要能够提供同时工作的各电机电流之和。
总结：Vacon变频器是欧洲的品牌，在整体硬件设计上满足欧洲的工业、商用各项标准，通过了EN50178、EN60204-1、UL、GOST、CE、FI、C—UL等各项国际认证标准。Vacon在硬件设计上率先使用了水冷结构设计，在软件方面设计了强大的软件开发功能。Vacon能够使所有应用场合硬件的配件互相兼容主要也归根于强大的软件功能上。在变频器硬件十分成熟的今天，Vacon虽然并不是专一做起升行业变频器的生产厂家。Vacon变频器能够为起重行业提供优秀的操作平台，确实是我们最佳选择的品牌之一。专业的软件功能不得不令我们称赞，在其他行业里他的软件功能一样出色。






电气接线图与端子功能：
Vacon起升机械制动变频器在航吊系统中开环控制系统图二，其中变频器控制板各端子功能如下表一。参数P3.14定义了机械制动功能，将与制动报闸的控制接触器线圈相连，由变频器直接控制报闸的开闭。这种控制能够更精确的控制提升重物，不溜钩，为系统的合理集成化提供了高度可靠的基础平台。图三、四分别是变频器抱闸打开、关闭逻辑图，图五是开环抱闸控制抱闸位置图。