PAGE大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）模板PAGEPAGEII哈爾濱工程學(xué)院畢業(yè)論文題目：變頻器在起重機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用PAGE1內(nèi)容摘要隨著工業(yè)生產(chǎn)對(duì)起重機(jī)調(diào)速性能要求的不斷提高，常用傳統(tǒng)的起重機(jī)調(diào)速方法如：繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、晶閘管定子調(diào)壓調(diào)速和串級(jí)調(diào)速等共同的缺點(diǎn)是繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)有集電環(huán)和電刷，它們要求定期維護(hù)，由集電環(huán)和電刷引起的故障較為常見，再加上大量繼電器、接觸器的使用，致使現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)量較大，調(diào)速系統(tǒng)的故障率較高，而且調(diào)速系統(tǒng)的綜合技術(shù)指標(biāo)較差，已不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的特殊要求。本文則主要介紹現(xiàn)代交流變頻器應(yīng)用于現(xiàn)代起重機(jī)的若干知識(shí)與問題。關(guān)鍵詞：起重機(jī)；變頻器；變頻調(diào)速：制動(dòng)整流2起重機(jī)運(yùn)行的特點(diǎn)（1）起重機(jī)應(yīng)具有大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，通常超過150%的額定轉(zhuǎn)矩，若考慮超載實(shí)驗(yàn)等因素，至少應(yīng)在起動(dòng)加速過程中提供200%的額定轉(zhuǎn)矩。（2）由于機(jī)械制動(dòng)器的存在，為使變頻器輸出轉(zhuǎn)矩與機(jī)械制動(dòng)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩平滑切換，不產(chǎn)生溜鉤現(xiàn)象，必須充分研討變頻器啟動(dòng)信號(hào)與機(jī)械制動(dòng)器動(dòng)作信號(hào)的控制時(shí)序。（3）當(dāng)起升機(jī)構(gòu)向下運(yùn)行或平移機(jī)構(gòu)急減速時(shí)，電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電狀態(tài)，其能量要向電源側(cè)回饋，必須根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)情況研討如何處理這部分再生能量。（4）起升機(jī)構(gòu)在抓吊重物離開或接觸地面瞬間負(fù)載變化劇烈，變頻器應(yīng)能對(duì)這種沖擊性負(fù)載進(jìn)行平滑控制。3起重機(jī)變頻器主要功能及特點(diǎn)（1）抱閘邏輯控制與監(jiān)控準(zhǔn)確的抱閘開啟和閉合控制時(shí)序，通過抱閘實(shí)時(shí)狀態(tài)反饋和起動(dòng)預(yù)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，確?？刂频陌踩院涂煽啃?。（2）輕負(fù)載升速（電子副鉤）起重機(jī)空鉤或輕載時(shí)實(shí)現(xiàn)2倍速運(yùn)行，提高裝卸效率。輕負(fù)載升速功能主要應(yīng)用于起升高度較大的起重機(jī)：在起升機(jī)構(gòu)空載運(yùn)行時(shí)自動(dòng)使速度上升，以縮短時(shí)間來(lái)提高裝卸效率；重載時(shí)自動(dòng)降低速度以確保設(shè)備和人身的安全。變頻器根據(jù)啟動(dòng)后一段時(shí)間內(nèi)的平均電流值來(lái)判斷負(fù)荷的大?。寒?dāng)負(fù)載重時(shí)，變頻器自動(dòng)降低輸出頻率；當(dāng)負(fù)載輕時(shí)，變頻器自動(dòng)提高輸出頻率。（3）控制回路電源和主回路電源可以分別控制提高了用戶調(diào)試時(shí)的安全性，便于故障診斷與維護(hù)。（4）起重機(jī)操作模式——方便、靈活根據(jù)起重機(jī)不同的操作模式，為用戶提供以下操作模式選擇：操縱桿模式、遙控模式、電動(dòng)電位器模式、分級(jí)操縱桿給定模式、分級(jí)遙控給定模式、通訊給定模式等主從控制功率平衡與速度同步技術(shù)（5）第二電機(jī)控制及切換功能一臺(tái)變頻器通過參數(shù)自學(xué)習(xí)可以自動(dòng)存儲(chǔ)兩套電機(jī)參數(shù)，通過切換指令實(shí)現(xiàn)對(duì)兩組電機(jī)的高性能矢量控制；便于電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的控制，降低用戶成本。在兩個(gè)大功率電機(jī)通過減速箱剛性連接驅(qū)動(dòng)一個(gè)起升機(jī)構(gòu)時(shí)，主從控制功率平衡功能保證兩個(gè)電機(jī)出力均勻；在雙起升機(jī)構(gòu)提升一個(gè)重物時(shí)，主從控制速度同步功能保證兩個(gè)起升機(jī)構(gòu)同步提升，確保安全。（6）預(yù)勵(lì)磁及起動(dòng)預(yù)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償預(yù)勵(lì)磁功能是在啟動(dòng)之前自動(dòng)地對(duì)電機(jī)實(shí)行直流勵(lì)磁，以保證電動(dòng)機(jī)快速地提供起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁的時(shí)間使電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)器的釋放時(shí)間相配合，避免出現(xiàn)“溜鉤”現(xiàn)象。（7）松繩檢測(cè)防止在起重機(jī)繩索松弛的情況下，輕負(fù)載升速功能誤動(dòng)作引發(fā)的不安全運(yùn)行。（8）危險(xiǎn)速度監(jiān)視、快速停車及超速保護(hù)變頻器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)的運(yùn)行速度，當(dāng)電機(jī)速度大于設(shè)定的最高允許速度或速度偏差值時(shí)，變頻器發(fā)出故障報(bào)警并立即停止輸出，機(jī)械制動(dòng)器動(dòng)作，使起重機(jī)處于安全狀態(tài)。快速停車功能給用戶提供以下三種方式供選擇：方式1：電氣制動(dòng)的停車；方式2：電氣制動(dòng)加機(jī)械制動(dòng)的停車；方式3：機(jī)械制動(dòng)的停車。（8）應(yīng)用范圍起重機(jī)專用矢量變頻器，具有優(yōu)異的力矩控制性能，廣泛適用于岸邊集裝箱起重機(jī)（STS）、軌道式集裝箱龍門起重機(jī)（RMG）、輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)（RTG）、門座式起重機(jī)、造船用龍門起重機(jī)、裝船機(jī)、卸船機(jī)、翻車機(jī)、堆取料機(jī)等各類港口機(jī)械，以及各類普通橋式、門式、塔式起重機(jī)和提梁機(jī)、架橋機(jī)等起重機(jī)械的起升、變幅、大車、小車、回轉(zhuǎn)、抓斗等機(jī)構(gòu)的交流無(wú)級(jí)調(diào)速。4變頻器的選用4.1平移機(jī)構(gòu)起重機(jī)的平移機(jī)構(gòu)分大車機(jī)構(gòu)和小車機(jī)構(gòu)，兩種機(jī)構(gòu)一般采用多臺(tái)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)方案。由于起重機(jī)平移機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，為了加速電動(dòng)機(jī)需有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此起重機(jī)平移機(jī)構(gòu)所需的電動(dòng)機(jī)軸輸出功率PM應(yīng)由負(fù)載功率Pj和加速功率Pa組成，即：PM≥Pj+Pa由于平移機(jī)構(gòu)采用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的通用U/f開環(huán)頻率控制方式，因此在變頻器容量選擇時(shí)，還要滿足以下公式：ICN≥knIM式中：k——電流波形修正系數(shù)（PWM調(diào)制方式時(shí)取1.05—1.1）ICN——變頻器額定輸出電流，AIM——工頻電源時(shí)單臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定電流，An——一臺(tái)變頻器拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)數(shù)量由于在變頻器“一拖多”通用U/f開環(huán)頻率控制方式中，變頻器提供的電子熱繼電器保護(hù)功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)單臺(tái)電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)，為此在每臺(tái)電動(dòng)機(jī)回路中串入帶有熱過載保功能的低壓斷路器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)單臺(tái)電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)，電動(dòng)機(jī)故障信號(hào)取自低壓斷路器的輔助觸點(diǎn)。4.2起升機(jī)構(gòu)變頻器的容量必須大于負(fù)載所需求的輸出，即：kPM≥P0[KVA]ηcosφ式中：k——過載系數(shù)1.33PM——負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)軸輸出功率，kWη——電動(dòng)機(jī)效率cosφ——電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)起升機(jī)構(gòu)要求的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為1.3—1.6倍的額定轉(zhuǎn)矩，考慮到需有125%的超載要求，其最大轉(zhuǎn)矩需有1.6—2倍的額定轉(zhuǎn)矩，以確保其安全使用。對(duì)于拖動(dòng)等額功率電動(dòng)機(jī)的變頻器來(lái)說(shuō)，可提供長(zhǎng)達(dá)60秒、150%額定轉(zhuǎn)矩的過載能力，因此過載系數(shù)k=2/1.5=1.33。在變頻器容量選定后，還應(yīng)做電流驗(yàn)證，即：ICN≥kIM式中：k——電流波形修正系數(shù)（PWM調(diào)制方式時(shí)取1.05—1.1）ICN——變頻器額定輸出電流，AIM——工頻電源時(shí)的電動(dòng)機(jī)額定電流，A一般的大噸位起重機(jī)有兩個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)，每個(gè)起升機(jī)構(gòu)由2臺(tái)電動(dòng)機(jī)同步驅(qū)動(dòng)各自的鋼絲繩卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)過動(dòng)滑輪組多級(jí)減速提升吊鉤。起升機(jī)構(gòu)的變頻調(diào)速傳動(dòng)方案采用一臺(tái)變頻器帶一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的“一拖一”方案，為了提高低速傳動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性和高轉(zhuǎn)矩輸出能力，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)采用帶脈沖編碼器的速度閉環(huán)控制。每個(gè)起升機(jī)構(gòu)的2臺(tái)變頻器之間采用變頻器提供的具有功率平衡和速度同步控制功能的主從控制方案，這些控制方案可以實(shí)現(xiàn)2臺(tái)電動(dòng)機(jī)精確的轉(zhuǎn)矩平衡分配和2個(gè)起升機(jī)構(gòu)的速度同步。5再生能量的處理當(dāng)采用變頻器傳動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)拖動(dòng)位能性負(fù)載下放或平移機(jī)構(gòu)急減速、順風(fēng)運(yùn)行時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電狀態(tài)。逆變器中的六個(gè)回饋二極管將傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能回饋到中間直流回路，并引起儲(chǔ)能電容兩端電壓升高。若不采取必要的措施，當(dāng)直流回路電容電壓升到保護(hù)極限值后變頻器將過電壓跳閘。在高性能的工程型變頻器中，對(duì)連續(xù)再生能量的處理有以下兩種方案。①在中間直流回路設(shè)置電阻器，讓連續(xù)再生能量通過電阻器以發(fā)熱的形式消耗掉，這種方式稱為動(dòng)力制動(dòng)；②采用再生整流器方式，將連續(xù)再生能量送回電網(wǎng)，這種方式稱為回饋制動(dòng)。中科科技推出的DBU型能耗制動(dòng)單元和RBU型能量回饋單元的具體參數(shù)可參見說(shuō)明書下面對(duì)這兩種制動(dòng)方式做以詳細(xì)介紹。（1）動(dòng)力制動(dòng)動(dòng)力制動(dòng)由制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻構(gòu)成。變頻器設(shè)置了制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻后，其動(dòng)力制動(dòng)能力取決于制動(dòng)電阻的允許功率。因此，計(jì)算再生功率PM時(shí)，必須滿足PM①計(jì)算再生能量EM②計(jì)算再生功率PMPM=EM/t0式中：PM——制動(dòng)期間電機(jī)產(chǎn)生的有效再生功率，WEM——機(jī)構(gòu)急減速及下降時(shí)的再生能量，Jt0——制動(dòng)周期時(shí)間，S③選擇合適的制動(dòng)單元/制動(dòng)電阻組合選擇合適的制動(dòng)單元/制動(dòng)電阻組合，必須滿足下列條件：PM<PR＆PM式中：PM——制動(dòng)期間電機(jī)產(chǎn)生的有效再生功率，WPR——制動(dòng)電阻的允許功率，WPDB——制動(dòng)單元的允許功率，W當(dāng)計(jì)算的PM>PR時(shí)，表明超出了制動(dòng)電阻的處理能力，需重新核算負(fù)載慣量和減速時(shí)間。④制動(dòng)電阻RB0的計(jì)算在再生回饋制動(dòng)中，即使不設(shè)置制動(dòng)電阻，依靠電機(jī)內(nèi)部損耗也可獲得約20%的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此可用下式計(jì)算所需的電阻值RB0：RB0=VC2/1.027（TB-0.2TM）n1式中：VC——變頻器中間直流回路的電壓（約為700V），VTB——制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，kg?mTM——電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，kg?mn1——電動(dòng)機(jī)開始減速時(shí)的速度，rpm動(dòng)力制動(dòng)的放電回路由制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻構(gòu)成，其最大電流受制動(dòng)晶體管最大允許電流IC的限制，制動(dòng)電阻最小允許值RMIN=VC/IC。因此制動(dòng)電阻選用時(shí)其實(shí)際值RB應(yīng)滿足以下條件：RMIN<RB上述選型是建立在精確的計(jì)算基礎(chǔ)上，在實(shí)際工程中如果精確的計(jì)算數(shù)據(jù)不能取得，也可按下述給出的經(jīng)驗(yàn)公式選型。①起升機(jī)構(gòu)的再生功率PMPM=Pb×ηtotalηtotal=ηmec×ηmot×0.98上式中，Pb為實(shí)際的負(fù)載再生發(fā)電功率，ηmec為機(jī)械效率，ηmot為電機(jī)效率。②制動(dòng)電阻RB0的近似計(jì)算RB0=VC2/PM由于平移機(jī)構(gòu)屬于摩擦負(fù)載，其制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻可按變頻器的標(biāo)準(zhǔn)配置。（2）回饋制動(dòng)為了實(shí)現(xiàn)把制動(dòng)狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)再生發(fā)電能量向電網(wǎng)回饋，網(wǎng)側(cè)變流器應(yīng)采用可逆變流器。中科科技推出的能量回饋制動(dòng)單元，它的網(wǎng)側(cè)變流器與逆變器結(jié)構(gòu)相同，采用一塊具有PWM控制方式的電網(wǎng)電壓識(shí)別板。由于采用了PWM控制技術(shù)，對(duì)網(wǎng)側(cè)交流電壓的大小和相位可以進(jìn)行控制，可以使交流輸入電流與電網(wǎng)電壓同相位并接近正弦波，傳動(dòng)系統(tǒng)的功率因數(shù)大于0.9，回饋制動(dòng)時(shí)有100%電網(wǎng)回饋能力，而不需要自耦變壓器。動(dòng)力制動(dòng)方式控制簡(jiǎn)單、成本低，但節(jié)能效果不如回饋制動(dòng)。回饋制動(dòng)方式雖然節(jié)能效果好，能連續(xù)長(zhǎng)時(shí)制動(dòng)，但控制復(fù)雜、成本較高。應(yīng)該注意的是，只有在不易發(fā)生故障的穩(wěn)定電網(wǎng)電壓下，才可以采用回饋制動(dòng)方式。對(duì)于采用滑觸線供電的起重機(jī)，應(yīng)特別注意防止滑觸線電刷接觸的間斷，如果不能保證這一點(diǎn)，建議采用動(dòng)力制動(dòng)方式，以保證起升機(jī)構(gòu)持續(xù)下降時(shí)調(diào)速制動(dòng)的可靠性。6結(jié)論及展望隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展完善，交流變頻調(diào)速技術(shù)日益顯現(xiàn)出優(yōu)異的控制及調(diào)速性能，高效率、易維護(hù)等特點(diǎn)，加之它的價(jià)格不斷下降，使其成為起重機(jī)械一種優(yōu)選的調(diào)速方案。但是，要使變頻器成功地應(yīng)用于起重機(jī)調(diào)速，就必須針對(duì)起重機(jī)的特點(diǎn)，計(jì)算和選擇變頻器及其外圍的輔件，并在安裝與布線時(shí)采取特殊技術(shù)措施，以保證變頻調(diào)速的起重機(jī)安全