ABB变频技术在桥机上的应用

摘要：本文主要介绍了ABB变频器先进的调速性能以及在桥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,它具有调速范围宽、调速精度高，起、制动平稳、可实现无极调速的优点。市面上各种品牌的变频器控制方式大多采用磁通矢量控制FVC，而ABB采用独特的直接转矩控制DTC方式。DTC控制方式其力矩阶跃上升时间小于5ms，比FVC控制方式至少小一倍，动态控制精度比FVC高出一个数量级；特别在低速运行、电网供电质量不好、波形发生畸变时，DTC仍然能保持较高的控制精度。

一、ABB交流调速装置的介绍
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；ACC是专门为起重机设计的，它有一个专门控制制动器的标准提升应用宏，用于位能性负载。它可以做到打开制动器时电机以零速保持着重物，然后根据装置内设定的加、减速曲线加速到给定值，解决了溜钩问题。ACS是为风机、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。
因此在我单位为珲春电厂设计的75t/20t双梁桥机中，选用了ABB的交流调速装置，其中主起升和副起升采用ACC800，小车和大车行走采用了ACS800
二、调速装置的选择
1、变频器的容量选择
变频器容量选择应本着变频器额定电流大于电动机额定电流的原则来选配：
Ib≥Id×K1×K2／K3
式中：Ib－变频器的额定电流；
Id－电动机的额定电流；
K1－最大负载系数，为所需最大转距与电动机额定转距之比；
K2－余量系数，一般取K2＝1.2
K3－变频器过载能力系数，不同的变频器生产厂家其K3值不一样，ABB和安川一般取K3＝1.5，西门子取K3=1.36
2、制动电阻的选择：
制动电阻的阻值大小以使制动电流不超过变频器额定电流的一半为宜：
IB=UD/R≤Ie/2
从而得到        R≥2UD/Ie
式中：R-制动电阻
UD-变频器内整流后直流侧的电压
Ie-变频器额定电流
IB-制动电流
   制动电阻的功率:
PB≥αBUD2/R
式中：PB-制动电阻的功率
αB-选用系数
UD-变频器内整流后直流侧的电压
R-制动电阻
αB的取值范围约为αB＝0.3~0.5  因为在起重机中，吊钩下降全过程的工作状态属于电动机的再生发电制动状态，可以认为是长时工作制，因此选用：αB＝1.0
3、制动单元的选择：
   制动单元的功能是，当直流回路的电压超过规定的限值时，接通能耗电路，使直流回路通过制动电阻释放能量。制动单元的额定电流按正常直流侧的电压下流经制动电阻的电流的两倍来选择：
ICM≥2UD/R
三、桥机的系统介绍
珲春电厂发电厂房有两台75t/20t双梁桥式起重机，平时两台桥机可以单独运行，当需要抬吊发电机定子或抬吊别的大件重物时，两台桥机合并为一台。在任何一台桥机的司机室里，都可以控制两台桥机各机构的协调运行，并且也可以单独控制对方桥机各机构的运行。因此电控系统采用了“PLC+变频调速+MPI网”三级控制方案。
桥机的控制过程是通过联动台主令控制器档位的数字量信号传送给PLC，由PLC运算处理后，再由PLC模拟量输出模块输出直流电压信号(0～10V)给交流变频器，通过交流变频器内部的参数设定,输出相应的速度, 各档速度可在PLC中任意设定。
两台桥机电气系统一样，主要由主起升机构、副起升机构、小车运行机构、大车运行机构传动系统、桥机操作控制系统等部分组成。
①起升机构
主起升机构由1台YZPB（F）250M1-6  37Kw变频电机驱动。副起升机构由1台YZPB（F）225M-6  30Kw变频电机驱动。采用ABB 公司专门为位能性负载设计的ACC800－01－0060－3、内置制动斩波器；调速为带编码器的闭环控制，调速范围为1:10。
主起升速度： 0.18~1.8m/min；副起升速度： 0.68~6.8m/min。主令控制器分为四档，上下各为10%、30%  60%、100%额定速度；起动、停止和各档速度过渡平稳无冲击，属有档位无级调速方式。
主、副钩的操作手柄分别设在左、右联动台上，可实现主、副钩的同时工作和副钩协同主钩倾翻或翻转起吊构件的要求。
起升机构的电路原理图如图1所示：


大、小车运行机构的电路原理图

四、ABB交流调速装置的现场调试
1、变频器ACC800的主要参数的设置
①首先应选择应用宏
ACC提供了两个应用宏：CRANE和M/F CTRL，CRANE宏为不带主/从总线功能的提升应用宏；M/F CTRL为带主/从总线功能的提升应用宏，本机选择CRANE宏。
②基本参数的设置
根据电动机的铭牌上额定电压、电流、转速、功率等设置99.5～99.9参数；也可以通过CDP312控制盘的FUNC功能键由启动向导的英文提示一步步进行参数设定；参数设定好后，即可作电机的辨识运行。在电机与其驱动的设备无法分离时，99.10参数应选择ID  MAGN；在电机与其驱动的设备分离时，为了保证最好的控制精度，99.10参数应选择STANDARD；根据ACC的特点，由10.1参数设定的制动应答数字输入点一定要和实际接线相对应，此输入点没信号变频器将无法启动；
③其他参数的设置
组13（模拟输入）、组14（继电器输出）、组20（极限值）、组23（速度控制）和组27（制动斩波器）等参数可根据实际需要设定；本桥机起升部分采用了日本渡边脉冲编码器，编码器由组50参数进行设置，与之配合的参数98.1一定要设为RTAC-SLOT1,以激活脉冲编码器，使之为可用。ACC800有两种外部控制模式：FIELD BUS模式和STAND ALONE模式，本桥机采用外部开关量控制，因此64.1参数应选择TRUE。
2、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，根据实际需要，对组10（起动/停止/方向）、组11（给定选择）、组13（模拟输入）、组14（继电器输出）、组20（极限值）、组21（起动/停止）、组23（速度控制）和组27（制动斩波器）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。
五、调试中出现的问题：
在生产制造厂内调试时，由于条件所限，调速装置仅带着电动机进行调试，没有制动器。在调试主起升时，给定信号为零，电动机却一直没有停下来。ACC是专为起重机设计的，调速装置在接到制动器闭合确认信号后，还要检测速度信号，当速度信号为零时，经过延时，调速装置才停止输出。用人为的办法将电动机抱死，一松开，电动机又继续进行调整，调速装置始终没有停止输出。检查装置时，发现电机转速为零时，变频器的速度显示值还有一个很小的值。检查电动机，发现传感器的连接没有固定好，因为震动等原因，使传感器仍然有信号输出。固定好后，上述现象消失。在调试副起升时，发现了同样问题。检查电机没有问题，便考虑到编码器是否有问题，更换之，一切正常。因此不带机械制动的调试过程也是必要的。提醒同行，在现场调试时一定要注意变频器的速度显示值，如果制动器抱死后，变频器的速度显示值还有，立即查明原因，排除故障。否则，变频器将有烧毁的危险。

结束语
ABB变频技术的使用，解决了旧的调速系统所存在的故障率高、线路复杂、不能平滑调速、维护量大等弊病，同时也简化了设计工作，使电气控制性能上了一个新台阶。其可靠性和先进性是旧的调速系统所无法比拟的，并以其优越的性能价格比受到了用户的欢迎。

参考文献
1．ABB使用手册
2．珲春电厂75t/20t双梁桥式起重机招标书


作者介绍：楼晓阳 男 1965年生 河南三门峡人
河海大学机械学院电子工程系毕业、工程师
工作单位：水利部杭州机械设计研究所  
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