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浮式起重机全机构控制的最佳调速控制方式

时间:2013-02-26 来源:电气自动化技术网 编辑:李亮 点击:次 字体设置:

变频器是输出频率可改变的交流电力拖动控制设备。对交流电动机来说,其转速接近于由磁场旋转速度决定的同步转速,而同步转速是与电源频率成正比的,所以改变频率也即改变电动机同步转速来调速。在电源频率、磁场强度和转差率等影响交流异步电动机转速的诸因素中,电源频率是关键性的主导因素,改变频率调速方式的机械特性好,抗扰动能力强,能耗低,调速范围宽。因此,变频调速目前是交流异步电动机最完美的调速方式。

异步电动机用变频器调速组成的调速系统,其控制方法可分为2大类:

(1)是常规控制方式,以输出频率作为主控制量,输出电压作为频率的单值函数,并适当采取相关的补偿措施。由于缺乏有效控制磁通及力矩的手段,调速精度不高、力矩响应速度慢、低速力矩衰减明显,动态控制参数差。采取速度闭环措施后,可以明显提高稳态速度控制精度,但其他各项指标没有显著改进,只适合于调速要求不高,调速范围较小,不在极低速度下持续工作的场合。

(2)是先进的控制方式,其基本特点是间接实现对于磁通及力矩的有效控制,保持磁通基本恒定以克服低速力矩衰减,控制力矩以改善动态调速性能。其中以矢量控制法和直接转矩控制法为代表,而目前应用最为普遍和成熟的是矢量控制。矢量控制原理是把异步电动机等效为经过变换的直流电动机模型,通过矢量变换将励磁电流和力矩电流分解开,分别实现算法控制,再将两种电流计算值进行矢量合成,实行统一输出,既可控制磁通,又可控制力矩,因而所得的控制效果可与直流电动机调速系统相媲美。

异步电动机采用变频调速,可以很好的改善电气传动系统的调速性能及动态品质,实现有级平滑调速或无级调速,并且机械特性很硬,抗负载扰动能力强。还可以很好的解决起重设备各运动机构的运行平稳性问题,可任意设定各级速度及速度变化斜率,容易实现精确对位。利用变频器的低速力矩特性,可以很好地防止低速下的“溜钩”问题发生。在行车电机频繁起动及变速的工况下,利用变频器可以很好地节约能源。通过采用变频器控制,还可以很好地解决继电器—接触器控制系统极易发生的主回路触点粘连的严重问题,系统的可控制性、安全性及可靠性大幅度提高。

在重钢双十吨浮吊驱动调速控制系统中,选用的是日本安川公司的616g5系列起重专用型变频器,这种品牌变频器能很好地适应起重领域对于变频器的要求,其速度稳定性好、低速力矩特性好、力矩响应快。它有可以由用户自由设定的开环v/f控制模式、闭环v/f控制模式、开环矢量控制模式及闭环矢量控制模式等共四种调速控制模式,其中前2种模式属于常规控制模式,性能略差但实现方便,没有特殊要求,而后两种模式属于先进控制模式,性能优越。它能够方便地利用其矢量控制性能,实现高精度高动态性能的速度控制,调速比高达1:1000,低速甚至零速时可达到150%额定力矩输出,还能够以多种特殊控制功能适应不同的控制要求,因此广泛地应用于起重行业。

浮吊变幅、抓斗和提头机构拖动负载属于位能型负载,各机构运行时,在抱闸线圈松开的一瞬间,或者在低速启动的过程中,如果电机由于电磁惯性一时不能建立足够的磁场强度或者低速力矩特性太差不能提供足够的力矩,则都会发生抓斗下溜现象。变频器闭环矢量控制能提供快速力矩响应,低速力矩特性好,对于两种‘溜钩’原因都有良好的克服效果,在重钢浮吊控制中基本没有观察到‘溜钩’现象。如果励磁惯性太大而仍有溜钩发生,则可以通过特殊控制加以克服。

在浮吊电气控制系统中,变幅机构、抓斗机构和提头机构采用闭环矢量控制,其低速力矩性能可防止负载下溜,其很硬的机械特性则可使各运行机构严格按操作人员发出的指令运行。浮吊旋转机构是双电机驱动,要求运行同步,且难以实现脱开负载的自学习,因此不具备矢量控制的条件,故作者设计采用一台变频器驱动两台电机,变频器采用开环v/f控制模式,调试时采取了低速电压补偿,实践证明这种设计是合理的,使用效果很好。

浮吊控制系统中,抓斗和提头两股钢绳的受力平衡是比较难解决的问题,在原绕线电机串电阻调速驱动、继电器—接触器控制系统中,只有靠时间继电器的延时配合机械特性较软的电机调速控制特性来实现,效果很差。安川的616g5变频器具有力矩控制和速度控制切换功能,利用这一功能特点,在浮吊抓斗和提头运行机构间采用力矩跟踪控制模式,再利用plc的灵活控制性能,很好地攻破了这一技术难关。

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