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CHV190开环矢量控制在固定式门座起重机上的应用 |
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作者：英威腾电气股份有限公司 |
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摘要：目前起重机的起升电机都采用闭环矢量控制，具有定位精度高，机械特定硬，动态响应快，起动力矩大等优点，但这必须安装轴编码器采集电机的转速信号，在很多老式门座机改造的现场，加装轴编码器困难很大，无法实现闭环矢量控制，然而英威腾CHV190系列起重提升专用变频器采用开环矢量控制也能实现门座机平稳起制动，确保良好控制不溜钩，本文就是一个CHV190在固定式门座机开环矢量控制改造的实例。
关键字：CHV190，开关矢量控制，门座机，轴编码器
一、系统概述
固定式门座起重机是起重行业当中的一种典型设备，广泛应用于仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。系统有提升、回转、变幅三个机构，由于转台和支承固定于工作场所的土建基础上，故没有大车运行机构，不能实现整机的水平移动。
固定式门座机提升机构与普通门座机类似，上行、下放允不许产生“溜钩”，性能上4HZ速度给定时，要求输出至少150%的额定转矩，功能上需有可靠的抱闸时序控制。
本项目GZ1620固定式起重机起升额定重量16吨，最大工作幅度20M，最小工作幅度7.5M，起升高度7M，起升工作速度33M/min，主要改造机构是双起升机构，起升机构为两台55KW绕线式异步电动机，改造前为传统继电器接触器控制线路，没有PLC控制器，起升电机采用串电阻调速，通过逐级切除转子电阻来实现多档切换和起动电流限制，该调速方式可靠性低，噪音大，能耗高，故障停时长，机械抱闸由液压制动器完成，当起升手柄回零，抱闸信号立即送出，没有减速停车时间，抱闸冲击很大，对金属结构、机械传动装置以及制动器本身都造成损坏，鉴于以上不足，港口方面决定与我司合作，采用我司的CHV190系列变频器对门座机的起升机构进行变频调速改造。
二、改造技术方案
根据现场情况，加装轴编码器非常不易，而该门座机主要用于装卸钢卷、钢丝条等件杂货，对定位精度要求不高，客户要求原有控制线路不做大规模变动，仍然保留原来的控制线路和连锁保护，改动线路部分尽可能少，方便港方后续维护，于是我方决定采用如下改造方案：
1.采用2台CHV190-075G-4+制动单元+制动电阻驱动2台55KW绕线电机；
2.不配置异步PG卡，直接采取开关矢量控制；
3.制作两台变频柜，配置断路器，输入输出电抗器，隔离变压器，中间继电器，电流互感器，指针电流表，指针电压表，运行/故障指示灯等，安装于原有开关柜旁边，将开关柜电源线引到变频柜进线端作为主电源，使原有连锁保护仍然发挥作用；
4.拆除原有调速电阻器，安装制动电阻箱；
5.将绕线电机转子短接，作为鼠笼电机使用；
6.保留原切除电阻的接触器，通过中间继电器隔离处理作为变频器多段速给定信号以及方向信号。
7.改造制动器控制方式，采用变频器输出继电器端子作为制动器油泵电机接触器的线圈控制信号，由变频器实现减速停车，加速起动，松闸/抱闸，保证不溜钩的同时避免对金属结构的冲击。
三、系统图
改造前，采用串电阻调速，接触器切换吸合实现正反转，抱闸在运行信号消失的同时动作。
改造后，采用变频器多段速功能调速，S曲线加减速运行，变频器输出继电器控制抱闸。
四、调试过程
1．起升变频器1调试过程
由于负载现场无法分开，设定电机基本参数后采用静止自学习功能，参数见下表：
P2.00 | 电机类型选择 | 0：（异步电机） | P2.04 | 电机额定功率 | 55 | P2.05 | 电机额定频率 | 50 | P2.06 | 电机额定转速 | 969 | P2.07 | 电机额定电压 | 380 | P2.08 | 电机额定电流 | 101.5 | P2.10 | 电机定子电阻 | 0.052 | P2.11 | 电机转子电阻 | 0.059 | P2.12 | 电机定、转子电感 | 17.0 | P2.13 | 电机定、转子互感 | 16.5 | P2.14 | 电机空载电流 | 41.9 |
设置其他参数如下
P0.00 | 速度控制模式 | 0 | P0.01 | 运行指令通道 | 1 | P0.02 | 速度指令选择 | 1 | P1.09 | 直线加速时间 | 5.0 | P1.10 | 直线减速时间 | 2.6 | P1.12 | 加速S曲线结束段比例 | 10 | P1.14 | 减速S曲线结束段比例 | 10 | P1.15 | 起动开始频率 | 4 | P1.16 | 起动频率保持时间 | 0.1 | P5.00 | HDI输入类型选择 | 1 | P5.03 | S2端子功能选择 | 8 | P5.04 | S3端子功能选择 | 9 | P5.05 | S4端子功能选择 | 10 | P5.06 | S5端子功能选择 | 2 | P5.07 | HDI端子功能选择 | 1 | P6.04 | 继电器1输出选择 | 7 | P8.04 | 抱闸、接触器控制选择 | 1 | P8.05 | 抱闸合闸延时 | 0 | P8.06 | 抱闸松闸延时 | 0.2 | P8.09 | 停机时抱闸频率 | 4 | P8.16 | 变频器停机延时 | 0.0 |
2．起升变频器2参数调试
电机基本参数以及自学习参数
P2.00 | 电机类型选择 | 0：（异步电机） | P2.04 | 电机额定功率 | 55 | P2.05 | 电机额定频率 | 50 | P2.06 | 电机额定转速 | 980 | P2.07 | 电机额定电压 | 380 | P2.08 | 电机额定电流 | 104.4 | P2.10 | 电机定子电阻 | 0.047 | P2.11 | 电机转子电阻 | 0.039 | P2.12 | 电机定、转子电感 | 25.2 | P2.13 | 电机定、转子互感 | 24.3 | P2.14 | 电机空载电流 | 27.7 |
设置其他参数如下
P0.00 | 速度控制模式 | 0 | P0.01 | 运行指令通道 | 1 | P0.02 | 速度指令选择 | 4 | P1.09 | 直线加速时间 | 5.0 | P1.10 | 直线减速时间 | 2.6 | P1.12 | 加速S曲线结束段比例 | 10 | P1.14 | 减速S曲线结束段比例 | 10 | P1.15 | 起动开始频率 | 4 | P1.16 | 起动频率保持时间 | 0.1 | P5.00 | HDI输入类型选择 | 1 | P5.03 | S2端子功能选择 | 8 | P5.04 | S3端子功能选择 | 9 | P5.05 | S4端子功能选择 | 10 | P5.06 | S5端子功能选择 | 1 | P5.07 | HDI端子功能选择 | 2 | P6.04 | 继电器1输出选择 | 7 | P8.04 | 抱闸、接触器控制选择 | 1 | P8.05 | 抱闸合闸延时 | 0 | P8.06 | 抱闸松闸延时 | 0.2 | P8.09 | 停机时抱闸频率 | 4 | P8.16 | 变频器停机延时 | 0.0 |
参数设定完毕后，两台电机进行空载试运行，1#变频器空载电流35A，2＃变频器空载电流27A，吊挂12吨负载后2#电机出现提升力矩不够的现象，提升开始瞬间开始下溜，调整2#变频器参数P2.07为0.059,P2.11为31.4，2#电机回归正常，吊挂16吨负载后，1#电机偶尔在提升重物过程中出现下溜，虽然不是每次都发生，但是客户表示不能接受，于是我方调整1#变频器P2.08为0.039，1#电机回归正常。
五、结束语
起重机行业对变频器的性能、功能有着较高的要求，传统的闭环矢量控制对于改造项目，存在安装编码器困难，改动线路多，改造周期长的特点，但是开环矢量控制往往又满足不了改造后的起重机的性能要求，ABB、西门子、安川等进口变频器的开环矢量控制也很少成功，英威腾CHV190系列变频器的开环矢量控制在门座机的成功应用，开创了国产变频器在起重提升行业的技术突破，走在世界的前列。
参考文献
1.《CHV190系列起重机专用变频器说明书》英威腾电气股份有限公司2007
2.《起重机设计规范》国家标准GB/T38112004(end)
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(11/4/2011) |
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