设备管理与维修2006 №4WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
变频调速系统在50/10t 桥式起重机上的应用WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
张建平陈舜乾WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
摘要介绍用变频调速系统改造50/10t 桥式起重机传统控制系统时, 变频器容量的计算及型式的选择; 电动机、PLC 及其余元WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
器件的选择; 起重机变频调速系统原理说明及控制系统软件程序的设计。WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
关键词桥式起重机变频调速系统PLCWWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
中图分类号TH2 文献标识码BWWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
一、概述P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
50/10t 桥式起重机传统的电气系统为典型的接触器—继电WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
器控制系统, 电路复杂、繁琐。电器触点经常出现粘连、烧坏等故WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
障, 线圈也经常被烧坏, 制约着生产节奏的提高; 其调速是通过WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
转子串联电阻实现的, 结构复杂、速度转换不稳、容易对机械系WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
统造成大的冲击, 并且串联的电阻浪费很大的电能。因此, 采用WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
变频器—PLC 组成的电气控制系统对该桥式起重机进行改造。——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
改造时, 首先拆除主断路器、主接触器及各限位开关以外的WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
所有控制电路, 接入变频器—PLC 电气控制系统。在各方向的电WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
机上接上变频器, 通过主令控制器和PLC 的控制实现各方向无WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
触点、多速段的软启动运行方式, 甚至可以达到无极调速。WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
该系统不仅简化了电气线路, 而且还大大改善了启动、运行WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
方式。由变频器—PLC 自身的保护功能取代了原来由分立元件WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
组成的保护系统, 既节省了空间又减少了故障点, 从而明显改善WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
了行车的整体性能。WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
二、变频器—PLC 调速系统中元器件的选用WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
1.变频调速系统中电机的选用WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
为了与原有减速机安装尺寸相配套, 将原有YZR 绕线异步WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
电机转子短接, 直接由变频系统进行调速。这样, 电机运行在低速WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
时原有自冷风扇风量变小, 散热能力变差, 将出现温升。为此拆除WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
原有风叶, 改装恒速冷却风扇, 保证电机运行在低速时的冷却效WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
果。由于绕线异步电机与笼型异步电机相比, 其绕组的阻抗较小,——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
因此容易发生由于纹波电流而引起的过电流跳闸。且绕线异步电WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
机的极数往往较大、同步转速较低, 同样功率下电机的额定电流WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
往往较大, 所以在选择变频器时要留有一定的余量。WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
2.变频器的选用W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
( 1) 变频器型式的选择。由于起重机起升机构负载为恒转WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
矩负载, 故选用带低速转矩提升功能的电压型变频器( 通用变频WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
器) , 适用于起重机使用的变频器有日本安川VS616G7 系列, 三WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
菱的FR- A240E, FR- A241E 系列, 德国西门子的SIMOVERT-WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
6ES70 系列, ABB 公司的ACS600 系列, 英国CT 公司的UnidriveWWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
系列等变频器。这类变频器都可以通过软件来选择其控制W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
方式, 通常有4 种方式可选, U/f 开环控制方式; U/f 闭环控制方P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
式; 开环矢量控制方式; 闭环矢量控制方式。根据厂使用变频器WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
的情况, 选用日本安川VS616G7 型变频器。WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
平移机构由于其惯量较大, 负载变化相对较小, 基本上属于plcjs.技.术_网
阻力性负载, 故采用U/f 开环控制方式。此外, 在U/f 开环控制方WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
式下, 一台变频器同时驱动两并联的电机工作。启升机构的惯量WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
较小, 负载变化较大, 属于位能性负载。为了获得快速的动态响——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
应, 实现对转矩的快速调节, 获得理想的动态性能, 采用闭环矢WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
量控制方式以获得稳定的工作状态和良好的机械特性。故而在WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
电机原来安装自冷风扇的轴上安装图尔克脉冲光电编码器, 防WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
止电机产生超转差( 溜钩) 现象。通过速度卡把编码器采样的信WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
号作为变频器输出速度闭环控制。P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
( 2) 变频器容量的计算。WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
①用于驱动启升机构电机的变频器容量的计算公式如下:WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
PCN≥WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
K1KPMWW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
ηcosφWWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
( 1)WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
式中cosφ———电动机功率因数, 约0.75WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
η———电动机的效率, 约0.85WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
K———电流波形的修正系数, PWM方式取1.05~1.10P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
PM———负载所要求的电机的轴输出功率, kWWWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
K1———容量补偿系数, 取1.1~1.2WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
PCN———所需变频器容量, kV·AWWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
主钩电机型号为YZR355L2- 10 90kW, 根据式( 1) 计算可WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
得变频器容量为230kV·A。副钩电机型号为YZR250M- 8——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
30kW, 根据式( 1) 计算可得变频器容量为55kV·A。WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
②用于驱动起重机运行机构电机的变频器容量的计算。起WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
重机运行机构属于惯量负载, 其加减速时间一般不超过20s, 变WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
频器的短时过载能力为150%, 时间1min。如果电机在5min 内WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
的加速时间小于1min, 则变频器的容量计算方法如下:WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
PCN≥——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
1.5KNPMWWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
ηcosφWWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
( 2)P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
式中cosφ———电动机功率因数, 约0.75WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
η———电动机的效率, 约0.85W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
K———电流波形的修正系数, PWM方式取1.05~1.10P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
PM———单台电机的轴输出功率, kWWWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
N———同时工作的电机数量WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
PCN———所需变频器容量, kV·AWWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
大车电机型号为YZR200L- 8 15kW, 根据式( 2) 计算可得WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
变频器容量为75kV·A。小车电机型号为YZR160M2 - 6WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
7.5kW, 根据式( 2) 计算可得变频器容量为22kV·A。WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
技术改造!"WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
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3.调速系统中其他器件的选择WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
变频调速系统是一个由变频器为核心的, 与其他器件组合WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
而成的调速控制系统。除了正确选用变频器之外, 其他器件的正WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
确选用对系统合理性和可靠性也是至关重要的。WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
( 1) 电源选择。使用原有15kg 轻轨作为滑触线, 通过铸钢集——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
电器自重压力实现与厂房变压器三相交流400V、50Hz 电源结合。WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
( 2) 断路器的选择。当变频器切入电源时, 产生较大的冲击P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
电流以完成对变频器内直流电路电容器的充电过程, 这在没有W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
设置进线电抗器的系统中更为突出, 为了避免断路器的非正常WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
跳闸, 断路器的容量选用变频器额定电流的1.3 倍, 电磁脱扣整WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
定值为断路器额定值的5 倍, 以便在过电流或短路事故时自动W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
切断电源, 使用施耐德产品。WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
( 3) 接触器容量的选择。接触器在电路中主要用于变频器电plcjs.技.术_网
源的接通和开断, 必要时切断电源, 以保证系统安全。在正常情W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
况下, 接触器的接通和断开的次数极少, 且基本上是在无负载情WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
况下进行的, 其容量按电机额定电流选用, 使用施耐德产品。WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
( 4) 电源侧交流进线电抗器的选用。进线电抗器主要用来减WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
小电网与变频器之间的高次谐波与浪涌电压、浪涌电流的相互WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
影响, 抑制谐波电流, 改善功率因数。按变频器容量选用日本安WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
川配套进线电抗器。WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
( 5) 热继电器的配置与选用。主、副钩和小车均为一台变频器P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
控制一台电机, 由于变频器具有过流、过热等多种保护功能, 故不WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
设置热继电器。对于大车为一台变频器控制两台并联的电机, 须W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
在变频器与每个电机之间加热继电器, 并使热继电器的触头进入WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
控制电路, 当一台电机过热时停止变频器的工作, 保护电机。W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
( 6) 制动单元的选用。当电机处于反接制动或再生制动状态plcjs.技.术_网
时, 变频器内直流电路的储能电容二端的电压将升高。为了避免WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
电压过高而使直流过压保护动作, 为此必须将这部分能量通过WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
增设制动单元及制动电阻释放。根据VS616G7 型变频器的容量WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
及系统负载特点选用配套的制动单元和制动电阻。WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
4.PLC 的选择WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
为了全厂备件的互换性, 以及西门子S7- 300 系列PLC 具WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
有可靠性高、指令丰富、易于掌握、操作简捷、模块结构清晰、装P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
卸简便、维护简单、适应性好等优点, 故而采用西门子S7- 300WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
系列CPU314 为基本单元, 选用输入模块SM321, 输出模块WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
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