臺達變頻器制動單元與制動電阻在起重機的應用

     臺達變頻器制動單元與制動電阻在起重機的應用
      一、引言
　　包鋼氧氣廠現有一臺橋式起重機，其電動運行機構由三個獨立的拖動系統組成，分別是大車拖動系統、小車拖動系統、吊鉤拖動系統。大車拖動系統和小車拖動系統采用制動器、減速器和電動機組合的“三合一”驅動方式。

      吊鉤拖動系統采用繞線式電機轉子串電阻調速和制動方式，由于使用的繼電器和接觸器較多，線路復雜，年久失修，導致故障率較高，所以決定對吊鉤拖動系統進行改造。考慮到吊鉤拖動系統的提升機構運轉具有大慣性，四象限運行的特點，所以采用專為起重機類負載而設計的臺達VE系列變頻器。臺達VE系列變頻器具有如下特點：
　　（1）具有全程矢量控制。在1HZ的低頻下，即使無速度反饋環節，也能提供150%額定轉矩的啟動力矩。
　　（2）四象限運行。可配置常州博邦電氣BURBUND品牌BBU系列制動單元，實現四象限運行，而且動態響應好。
　　（3）恒轉矩特性。在全速范圍內，具有恒轉矩特性。在全速范圍內，具有恒轉矩特性。

      二、VE變頻器在提升機構上的應用設計
      該橋式起重機的提升電機型號為YZR200L-8（繞線電機），功率15Kw，額定輸入電壓380V，額定輸入電流34.6A，電機極數8極，額定頻率為50HZ，額定轉速為712rpm，無編碼器。抱閘采取電磁閥方式，使用3相380V電源控制。考慮到以后超負荷運行的可能，以及長期運行的穩定性，選用臺達VFD220V43A-2變頻器。

      1.主電路設計
　　由于臺達變頻器功率大于11KW型號等級無內置制動單元，所以選配外置推薦常州博邦電氣BURBUND品牌制動單元BBU-4030一臺，標配的常州博邦電氣BURBUND品牌制動電阻型號為BWR-4800W-27RJ。VE系列變頻器電氣接線圖如下。

      2.變頻器控制方式
      變頻器控制方式采用無速度傳感器矢量控制（也稱為SVC控制方式），可以獲得接近閉環控制的性能，同時省去了速度傳感器，具有較低的維護成本。與傳統V/Hz控制比較，無速度傳感器矢量控制可以獲得改進的低速運行特性，變負載下的速度調節能力亦得到改善，同時還可獲得高的起動轉矩，能夠很好的滿足起重設備上啟動時需要滿負載（甚至是過負載，通常運行時間很短）運行，能夠獲得優異的動靜態特性。

      3．報閘時序控制
　　在起重設備的應用上，一般都會存在機械抱閘機構，這主要是考慮到安全方面的因素。提升機構在機械抱閘機構抱住之前和松開之后的瞬間，極易發生重物由停止狀態下滑的現象（稱為溜鉤），防止溜鉤是橋式起重機控制系統設計中的安全控制環節。當吊鉤起吊重物停止在半空中時，如果要作上升或者下降動作，變頻器的運行和對機械抱閘機構的控制，這兩者之間的配合就顯得非常重要；配合不好，有可能出現變頻器報警（過載或者過流），也有可能出現重物溜鉤的現象。
　　　
　　針對這種現象，臺達VE變頻器專門開發參數來方便調整。使用臺達VE變頻器多功能輸出指令第42號功能就能夠很好的解決這個問題，多功能輸出指令42主要用來控制機械抱閘機構的動作，其條件為：實際輸出頻率，實際輸出電流，延遲時間。如果當實際輸出頻率大于02-33設置值，并且當實際輸出電流大于2-32設置值，變頻器開始計時，時間超過2-31設置延遲時間，多功能輸出指令42就動作，打開機械抱閘機構；反之，如果實際輸出頻率小于02-33設置值，或者實際輸出電流小于2-32設置值，多功能輸出指令42就不動作，機械抱閘機構關閉。這樣做能夠有效檢測主吊電機是否勵磁完成，保證起吊貨物的安全性。除了使用到多功能輸出指令42，還配合使用齒隙功能（7-15齒隙加速中斷時間/7-16齒隙加速中斷頻率/7-17齒隙減速中斷時間/7-18齒隙減速中斷頻率），有效地消除機械抱閘松開時的抖動現象，使啟動/停止的速度更加平滑。

      4．變頻器參數設計
      （1）設置電機參數：
01-00=50 Hz（變頻器輸出最大頻率）   01-01=50 Hz（電動機額定頻率）
01-02=380V  （電動機額定電壓）        05-01=34.60A（電動機額定電流）
05-02=15.00Kw（電動機額定功率）    05-03=712rpm（電動機額定轉速）
05-04=8    （電動機極數）                  05-05=17.99A（電動機空載電流）

      （2）電機參數測量：
　　設05-00=2讓變頻器作靜態測量，變頻器會自動完成電機參數測量并得到定子電阻和電感等電機參數。

     （3）調整控制方式為SVC（矢量控制）方式：00-10=2   （采用矢量控制）

     （4）調整加減速時間以及點動頻率：
01-12=1.0s （加速時間）           01-13=0.5s （減速時間）
01-20=1.0s （點動加速時間）     01-21=0.5s （點動減速時間）
01-22=20.0Hz （點動頻率）

     （5）調整機械抱閘控制點：
02-11=42   （多功能輸出）02-31=0.2S延遲時間
02-32=30    (電流監測)   02-33=1.0（速度設置）
07-15=0.3（）07-16=1.5   05-25=3.0

　　由于機械抱閘使用接觸器控制，接觸器電源為220V，所以采用繼電器控制，選用RA/RC常開觸點。

       5．負載運行
       使用以上參數，進行負載運行。0-50HZ帶6噸載運行時母線電壓的狀態：
      （1）不運行狀態。500VDC；上升啟動時電壓480VDC；下降過程中最大電壓730VDC；
      （2）帶8噸載運行時輸出電流的狀態。上升啟動時最大電流70A 下降過程中最大電流56A 穩定運行時電流29A。

      三、結束語
      帶載情況下啟動電流保持在3倍額定電流范圍（VE變頻器過載電流范圍為額定3倍）以內，能夠提供足夠啟動轉矩；帶載下降過程中最大母線電壓維持在730VDC設定值，保證了變頻器不出現OU報警；2-11=42功能判斷條件采取頻率和電流綜合判斷，保證在帶載情況下不出現溜鉤現象。