Y系列三相异步电动机的性能与特点

电动机知识

Y 系列三相异步电动机的性能与特点

Y 系列电机具有高效、节能、起动转矩高、噪声小、可靠性高、寿命长等优点。安装尺寸和功率等级完全符合IEC 标准。采用B 级绝缘,外壳防护等级为IP44,冷却方式为IC411。 Y 系列电机,额定电压为380V ,额定频率为50Hz ,3kW 及以下为“Y ”接法,4kW 以上为“△”接法。

Y 系列电机用于一般无特殊要求的机械设备,如风机、水泵、机床、搅拌机等。

公司坐落于经济、金融、贸易和航运中心上海,是一家专业生产单三相Y 系列,Y2和Y3系列电动机,YS 系列电机,YVF/YVP变频电机,QL/MS系列铝壳电机,YEJ 系列制动电机的企业。本厂测试设备齐全。引进国内外先进的生产技术设备,流水线微电脑检测。技术力量雄厚,售后服务周到,可按可不同要生产不同电压的电机。同时代理销售美国GMA 系列变频器。本着以工作质量保证产品质量,满足客户要求的质量方针。优良的品质,优良的服务。欢迎新老客户来人来函洽谈合作。 Y 系列电动机效率高、节能、堵转转矩高、噪音低、振动小、运行安全可靠。Y80~315电动机符合Y 系列(IP44)三相异步电动机技术条件JB/T9616-1999。Y355电动机符合Y 系列(IP44)三相异步电动机技术条件JB5274-91。Y80~315电动机采用B 级绝缘。Y355电动机采用F 级绝缘。额定电压为380V ,额定频率为50Hz 。功率3kW 及以下为Y 接法;其它功率均为△接法。电动机运行地点的海拔不超过1000m ;环境空气温度随季节变化,但不超过40℃;最低环境空气温度为-15℃;最湿月月平均最高相对湿度为90%;同时该月月平均最低温度不高于25℃。 公司坐落于经济、金融、贸易和航运中心上海,是一家专业生

产单三相Y 系列,Y2和Y3系列电动机,YS 系列电机,YVF/YVP变频电机,QL/MS系列铝壳电机,YEJ 系列制动电机的企业。本厂测试设备齐全。引进国内外先进的生产技术设备,流水线微电脑检测。技术力量雄厚,售后服务周到,可按可不同要生产不同电压的电机。同时代理销售美国GMA 系列变频器。本着以工作质量保证产品质量,满足客户要求的质量方针。优良的品质,优良的服务。欢迎新老客户来人来函洽谈合作。 Y 系列三相异步电动机的特点 Y 系列三相异步电动机不仅满足了国民经济各部门的配套需要,而且还提高了国内外同类产品的互换性,极大地方便了引进设备的配套和维修。Y 系列三相异步电动机根据其外壳的防护等级不同,又可分为IP23(防护式)和IP44(封闭式)两个基本系列,现将这两个系列异步电动机的特点简介如下。 1、Y 系列(IP23)三相异步电动机的特点 Y 系列(IP23)为三相防护式笼型异步电动机,其防护结构型式不同于Y 系列IP44的封闭式结构,但却比一般防滴式结构要优越。它能防止手指触及机壳内带电导体或转动部分;防止直径大于12毫米的小形固体异物进入;并防止沿垂直线成60度角或小于60度角的淋水滴入电动机。因此,Y 系列(IP44)三相异步电动机的外壳防护等级较J2老系列有明显的提高,从而使其的运行更安全更可靠。该系列三相异步电动机的额定电压为380伏,额定频率为50赫兹,功率范围则以5.5千瓦→132千瓦,共有14个功率等级、6个机座号和45个规格。全系列电动机的功率等级、安装尺寸均符合IEC 国际标准,电动机的同步转速有3000、1500、1000、750及600转/分,绕组采用B 级绝缘材料,电动机均为A 形接法,其冷却方式为IC01。 公司坐落于经济、金融、贸易和航运中心上海,是一家专业生产单三相Y 系列,Y2和Y3系列电动机,YS 系列电机,YVF/YVP

变频电机,QL/MS系列铝壳电机,YEJ 系列制动电机的企业。本厂测试设备齐全。引进国内外先进的生产技术设备,流水线微电脑检测。技术力量雄厚,售后服务周到,可按可不同要生产不同电压的电机。同时代理销售美国GMA 系列变频器。本着以工作质量保证产品质量,满足客户要求的质量方针。优良的品质,优良的服务。欢迎新老客户来人来函洽谈合作。

2、Y 系列(IP44)三相异步电动机的特点Y 系列(IP44)三相异步电动机是一般用途的全封闭自扇冷式笼型异步电动机,它适用于拖动无性能要求的各种机械设备,如鼓风机、空气压缩机、水泵和金属切削机床等。其额定电压为380伏,额定频率为50赫兹功率范围为0.55→160千瓦,共有22个功率等级。电动机的同步转速有3000、1500、1000、750及600转/分,其冷却方式为IC0141。在Y 系列基本系列的基础上,适当变更部分电磁结构设计或加工工艺,即可派生出许多不同类型的派生系列和专用系列。

公司坐落于经济、金融、贸易和航运中心上海,是一家专业生产单三相Y 系列,Y2和Y3系列电动机,YS 系列电机,YVF/YVP变频电机,QL/MS系列铝壳电机,YEJ 系列制动电机的企业。本厂测试设备齐全。引进国内外先进的生产技术设备,流水线微电脑检测。技术力量雄厚,售后服务周到,可按可不同要生产不同电压的电机。同时代理销售美国GMA 系列变频器。本着以工作质量保证产品质量,满足客户要求的质量方针。优良的品质,优良的服务。欢迎新老客户来人来函洽谈合作。

4.Y 系列(IP44)三相异步电动机具有以下良好性能和结构特点。

(1)效率水平较高。 Y 系列(IP44)小型三相异步电动机保持了J02系列电动机效率水平比较高的优点,其效率加权平均值比J02系列高出0.413%,达到了国际水平。由于电动机效率

水平的提高,就给社会带来了巨大的节电经济效益。 (2)起动性能较好。Y 系列(IP44)全系列电动机的堵转转矩比J02系列电动机的平均值高33%,起动转矩达到JQ02系列高起动转矩电动机的水平,其最小转矩均保证在0.8倍的额定转矩以上,并且大部分还达到或超过1倍的额定转矩。因此,其起动性能非常优良,带负载起动也十分顺利。 (3)噪声低振动小。 公司坐落于经济、金融、贸易和航运中心上海,是一家专业生产单三相Y 系列,Y2和Y3系列电动机,YS 系列电机,YVF/YVP变频电机,QL/MS系列铝壳电机,YEJ 系列制动电机的企业。本厂测试设备齐全。引进国内外先进的生产技术设备,流水线微电脑检测。技术力量雄厚,售后服务周到,可按可不同要生产不同电压的电机。同时代理销售美国GMA 系列变频器。本着以工作质量保证产品质量,满足客户要求的质量方针。优良的品质,优良的服务。欢迎新老客户来人来函洽谈合作。

5.Y 系列(IP44)三相异步电动机规定有声功率噪声标准,按噪声限值分为l 级和2级,以供用户选用。由于该系列采用电机专用轴承,因而运转噪声大为降低,经实测其噪声低于J02系列实际水平约5→10分贝,振动也比J02系列电动机有较大地减小。 (4)防护性能较好。Y 系列(IP44)三相异步电动机的结构设计已满足了对外界固体物和溅水的防护要求,这样就能有效防止异物对电动机和人体的危害。 (5)运行可靠使用寿命长。Y 系列(IP44)三相异步电动机的绕组均采用B 级绝缘材料。当海拔不超过1000米,冷却空气的温度不超过40℃时,电动机定子绕组的温升限度(电阻法)不超过80K 。因而,除极少数规格外电动机一般均有15K 以上的温升裕度。较大的温升裕度则能延长电动机的使用寿命,并提高电动机运行的可靠性。 (6)外形美观大方。Y 系列(IP44)三相异步电动机

的端盖、接线盒、风罩等主要结构部件的外形,都比传统老产品要美观、大方。全系列电动机比J02系列的体积平均缩小15%,重量平均减轻12%。

公司坐落于经济、金融、贸易和航运中心上海,是一家专业生产单三相Y 系列,Y2和Y3系列电动机,YS 系列电机,YVF/YVP变频电机,QL/MS系列铝壳电机,YEJ 系列制动电机的企业。本厂测试设备齐全。引进国内外先进的生产技术设备,流水线微电脑检测。技术力量雄厚,售后服务周到,可按可不同要生产不同电压的电机。同时代理销售美国GMA 系列变频器。本着以工作质量保证产品质量,满足客户要求的质量方针。优良的品质,优良的服务。欢迎新老客户来人来函洽谈合作。 qq 空间

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随着起重机的不断发展,传统控制技术难以满足起重机越来越高的调速和控制要求。在电子技术飞速发展的今天,起重机与电子技术的结合越来越紧密,如采用PLC 取代继电器进行逻辑控制,交流变频调速装置取代传统的电动机转子串电阻的调速方式等。在选型对比基础上,本项目电动机调速装置采用了先进的变频调速方案,变频器最终选型为ABB 变频器ACS800,电动机选用专用鼠笼变频电动机。在众多交流变频调速装置中,ABB 变频器以其性能的稳定性,选件扩展功能的丰富性,编程环境的灵活性,力矩特性的优良性和在不同场合使用的适应性,使其在变频器高端市场中占有相当重要的地位。ACC800变频器是ACS800系列中具有提升机应用程序的重要一员,

它在全功率范围内统一使用了相同的控制技术,例如起动向导,自定义编程,DTC 控制等,非常适合作为起重机主起升变频器使用。本文结合南京梅山冶金发展有限公司设备分公司所负责维修管理的宝钢集团梅钢冷轧厂27台桥式起重机变频调速控制系统,详细介绍ACC800变频器在起重机主起升中的应用。

1DTC 控制技术

DTC (直接转矩控制,DirectTorqueControl )技术是ACS800变频器的核心技术,是交流传动系统的高性能控制方法之一,它具有控制算法简单,易于数字化实现和鲁棒性强的特点。其实质是利用空间矢量坐标的概念,在定子坐标系下建立异步电动机空间矢量数学模型,通过测量三相定子电压和电流(或中间直流电压)直接计算电动机转矩和磁链的实际值,并与给定转矩和磁链进行比较,开关逻辑单元根据磁链比较器和转矩比较器的输出选择合适的逆变器电压矢量(开关状态)。定子给定

磁链和对应的电磁转矩的实际值,可以用定子电压和电流测量值直接计算得到。在计算中,只需要一个电动机参数―――定子电阻,这一点和几乎需要全部电动机参数的直接转子磁链定向控制(矢量控制)形成了鲜明对比,极大地减轻了微处理器的计算负担,提高了运算速度

。直接转矩控制结构较为简单,可以实现快速的转矩响应(不大于5ms )。

2防止溜钩控制

作为起重用变频系统,其控制重点之一是在电动机处于回馈制动状态下系统的可靠性(" 回馈" 是指电动机处于发电状态时通过逆变桥向变频器中间直流回路注入电能),尤其需要引起注意的是主起升机构的防止溜钩控制。溜钩是指在电磁制动器抱住之前和松开之后的瞬间,极易发生重物由停止状态出现下滑的现象。

电磁制动器从通电到断电(或从断电到通电)

需要的时间大约为016s (视起重机型号和起重量大小而定),变频器如过早停止输出,将容易出现溜钩,因此变频器必须避免在电磁制动器抱闸的情况下输出较高频率,以免发生" 过流" 而跳闸的误动作。

防止溜钩现象的方法是利用变频器零速全转矩功能和直流制动励磁功能。零速全转矩功能,即变频器可以在速度为零的状态下,保持电动机有足够大的转矩,从而保证起重设备在速度为零时,电动机能够使重物在空中停止,直到电磁制动器将轴抱住为止,以防止溜钩的发生。直流制动励磁功能,即变频器在起动之前自动进行直流强励磁,使电动机有足够大的起动转矩,维持重物在空中的停止状态,以保证电磁制动器在释放过程中不会发生溜钩。

3系统硬件配置

梅钢冷轧桥式起重机上应用的ACS800变频器调速系统由电控柜,大小车变频控制柜,起升变频控制柜,联动控制台等组成。主起升采用1台ACC800变频器驱动1台起升专用电动机,并在电动机轴尾安装1台速度编码器,做速度反馈用。

该速度编码器用来提高低速状态下电动机模型的速度和转矩计算精度,保证转矩验证,开闭闸等功能。主起升采用斩波器加制动电阻实现制动功能,斩波器与制动电阻串联后接入变频器整桥与逆变桥之间的直流回路中,并由变频器根据中间直流回路电压高低控制斩波器接通与否(即控制制动电阻的投切)。变频器配有RPBA201接口卡件,提供标准的Profibus2DP 现场总线接口,用于与PLC 通信控制,并接收PLC 发来的开,停车命令和速度设定值等控制参数。

4起升变频器功能参数设置

ABB 变频器在出厂时,所有功能码都已设置。

但是,起重机变频调速系统的要求与工厂设定值不尽相同,所以,ACC800中一些重要的功能参数需要重新设定。

(1)起动数据(参数组99)

参数99102(用于提升类传动,但不包括主/从总线通信功能):CRANE ;参数99104(电动机控制模式):DTC (直接转矩控制);参数99105~99109(电动机常规铭牌参数):按照电动机的铭牌参数输入。

(2)数字输入(参数组10)

参数10101~10113(数字输入接口预置参数):按照变频器外围接口定义进行设置,限于篇幅,不再赘述。

(3)限幅(参数组20)

参数20101(运行范围的最小速度):-1000 r/min(根据实

际电动机参数进行设定);参数20102(运行范围的最大速度):1000r/min(根据实际电动机参数进行设定);参数20103(最大输出电流):120%;参数20104(最大正输出转矩):150%;参数20104(最大负输出转矩):-150%;参数20106(直流过压控制器参数):OFF (本例中ACC800变频器使用了动力制动方式,此参数设为OFF 后,制动斩波器才能投入运行)。

(4)脉冲编码器(参数组50)

参数50101(脉冲编码器每转脉冲数):1024;参数50103(编码器故障):FAULT (如果监测到编码器故障或编码器通信失败时,ACC800变频器显示故障并停机)。

(5)提升机(参数组64)

参数64101(独立运行选择):FALSE ;64103(高速值1):98%;64106(给定曲线形状):0(直线);参数64110(控制类型选择):FBJOYSTICK. (6)逻辑处理器(参数组65)

参数65101(电动机停止后是否保持电动机磁场选择):TRUE (在电动机停止后保持电动机磁场为"ON" );参数65102(ON 脉冲延时时间):5s. (7)转矩验证(参数组66)

参数66101(转矩验证选择):TRUE (转矩验证有效,要求有脉冲编码器)。

(8)机械制动控制(参数组67)

参数67106(相对零速值):3%;参数67109(起动转矩选择器):AUTOTQMEM (自动转矩记忆)。

(9)给定处理器(参数组69)

参数69101(对应100%给定设置电动机速度):980r/min(根据实际电动机参数进行设定);参数69102(正向加速时间):3s ;参数69103(反向加速时间):3s ;参数69104(正向减速时间):3s ;参数69105(反向减速时间):3s. (10)可选模块(参

数组98)

参数98101(脉冲编码器模块选择):RTAC2 SLOT2(脉冲编码器模块类型为RTAC ,连接接口为传动控制单元的选件插槽2);参数98102(通信模块选择):FIELDBUS (激活外部串行通信并选择外部串行通信接口)。

5试运行

变频调速系统的功能参数设定完后,就可进行系统试运行。应先在变频器操作盘上进行速度给定,手动起动变频器,让起升电动机空载运转一段时间,并且这种试运行可以在5,10,15,20,25,35,50Hz 等几个频率点进行,注意观察电动机的运转方向是否正确,转速是否平稳,显示数据是否正确,温升是否正常,加减速是否平滑等

。单台变频器试运行正确后,再接入脉冲编码器模块进行速度闭环调试,试运行起升机构变频调速系统。

起升变频器手动运行无误后,就可接入PLC 控制系统,进行整机联调。整机联调中,关键要注意观察变频器起动与停止时,主起升机械制动器的开闭反应是否快速,钩头是否存在溜钩现象等。

其次还要注意观察钩头在下降过程中,制动单元和制动电阻投运后,其温升是否正常。在重物下放过程中,重物的势能会释放出来,此时电动机将工作在反向发电状态。在钩头下降过程中,电动机通过逆变桥向变频器中间直流回路充电,当直流回路的电压高于变频器系统设定值时,变频器控制斩波器接通,进而使制动电阻投入工作,以消耗变频器中间直流回路多余的电能,确保变频器中间直流回路电压稳定在一个特定电压范围内。

随着起重机的不断发展,传统控制技术难以满足起重机越

来越高的调速和控制要求。在电子技术飞速发展的今天,起重机与电子技术的结合越来越紧密,如采用PLC 取代继电器进行逻辑控制,交流变频调速装置取代传统的电动机转子串电阻的调速方式等。在选型对比基础上,本项目电动机调速装置采用了先进的变频调速方案,变频器最终选型为ABB 变频器ACS800,电动机选用专用鼠笼变频电动机。在众多交流变频调速装置中,ABB 变频器以其性能的稳定性,选件扩展功能的丰富性,编程环境的灵活性,力矩特性的优良性和在不同场合使用的适应性,使其在变频器高端市场中占有相当重要的地位。ACC800变频器是ACS800系列中具有提升机应用程序的重要一员,

它在全功率范围内统一使用了相同的控制技术,例如起动向导,自定义编程,DTC 控制等,非常适合作为起重机主起升变频器使用。本文结合南京梅山冶金发展有限公司设备分公司所负责维修管理的宝钢集团梅钢冷轧厂27台桥式起重机变频调速控制系统,详细介绍ACC800变频器在起重机主起升中的应用。

1DTC 控制技术

DTC (直接转矩控制,DirectTorqueControl )技术是ACS800变频器的核心技术,是交流传动系统的高性能控制方法之一,它具有控制算法简单,易于数字化实现和鲁棒性强的特点。其实质是利用空间矢量坐标的概念,在定子坐标系下建立异步电动机空间矢量数学模型,通过测量三相定子电压和电流(或中间直流电压)直接计算电动机转矩和磁链的实际值,并与给定转矩和磁链进行比较,开关逻辑单元根据磁链比较器和转矩比较器的输出选择合适的逆变器电压矢量(开关状态)。定子给定磁链和对应的电磁转矩的实际值,可以用定子电压和电流测量

值直接计算得到。在计算中,只需要一个电动机参数―――定子电阻,这一点和几乎需要全部电动机参数的直接转子磁链定向控制(矢量控制)形成了鲜明对比,极大地减轻了微处理器的计算负担,提高了运算速度

。直接转矩控制结构较为简单,可以实现快速的转矩响应(不大于5ms )。

2防止溜钩控制

作为起重用变频系统,其控制重点之一是在电动机处于回馈制动状态下系统的可靠性(" 回馈" 是指电动机处于发电状态时通过逆变桥向变频器中间直流回路注入电能),尤其需要引起注意的是主起升机构的防止溜钩控制。溜钩是指在电磁制动器抱住之前和松开之后的瞬间,极易发生重物由停止状态出现下滑的现象。

电磁制动器从通电到断电(或从断电到通电)

需要的时间大约为016s (视起重机型号和起重量大小而定),变频器如过早停止输出,将容易出现溜钩,因此变频器必须避免在电磁制动器抱闸的情况下输出较高频率,以免发生" 过流" 而跳闸的误动作。

防止溜钩现象的方法是利用变频器零速全转矩功能和直流制动励磁功能。零速全转矩功能,即变频器可以在速度为零的状态下,保持电动机有足够大的转矩,从而保证起重设备在速度为零时,电动机能够使重物在空中停止,直到电磁制动器将轴抱住为止,以防止溜钩的发生。直流制动励磁功能,即变频器在起动之前自动进行直流强励磁,使电动机有足够大的起动转矩,维持重物在空中的停止状态,以保证电磁制动器在释放过程中不会发生溜钩。

3系统硬件配置

梅钢冷轧桥式起重机上应用的ACS800变频器调速系统由电控柜,大小车变频控制柜,起升变频控制柜,联动控制台等组成。主起升采用1台ACC800变频器驱动1台起升专用电动机,并在电动机轴尾安装1台速度编码器,做速度反馈用。

该速度编码器用来提高低速状态下电动机模型的速度和转矩计算精度,保证转矩验证,开闭闸等功能。主起升采用斩波器加制动电阻实现制动功能,斩波器与制动电阻串联后接入变频器整桥与逆变桥之间的直流回路中,并由变频器根据中间直流回路电压高低控制斩波器接通与否(即控制制动电阻的投切)。变频器配有RPBA201接口卡件,提供标准的Profibus2DP 现场总线接口,用于与PLC 通信控制,并接收PLC 发来的开,停车命令和速度设定值等控制参数。

4起升变频器功能参数设置

ABB 变频器在出厂时,所有功能码都已设置。

但是,起重机变频调速系统的要求与工厂设定值不尽相同,所以,ACC800中一些重要的功能参数需要重新设定。

(1)起动数据(参数组99)

参数99102(用于提升类传动,但不包括主/从总线通信功能):CRANE ;参数99104(电动机控制模式):DTC (直接转矩控制);参数99105~99109(电动机常规铭牌参数):按照电动机的铭牌参数输入。

(2)数字输入(参数组10)

参数10101~10113(数字输入接口预置参数):按照变频器外围接口定义进行设置,限于篇幅,不再赘述。

(3)限幅(参数组20)

参数20101(运行范围的最小速度):-1000 r/min(根据实际电动机参数进行设定);参数20102(运行范围的最大速度):

1000r/min(根据实际电动机参数进行设定);参数20103(最大输出电流):120%;参数20104(最大正输出转矩):150%;参数20104(最大负输出转矩):-150%;参数20106(直流过压控制器参数):OFF (本例中ACC800变频器使用了动力制动方式,此参数设为OFF 后,制动斩波器才能投入运行)。

(4)脉冲编码器(参数组50)

参数50101(脉冲编码器每转脉冲数):1024;参数50103(编码器故障):FAULT (如果监测到编码器故障或编码器通信失败时,ACC800变频器显示故障并停机)。

(5)提升机(参数组64)

参数64101(独立运行选择):FALSE ;64103(高速值1):98%;64106(给定曲线形状):0(直线);参数64110(控制类型选择):FBJOYSTICK. (6)逻辑处理器(参数组65)

参数65101(电动机停止后是否保持电动机磁场选择):TRUE (在电动机停止后保持电动机磁场为"ON" );参数65102(ON 脉冲延时时间):5s. (7)转矩验证(参数组66)

参数66101(转矩验证选择):TRUE (转矩验证有效,要求有脉冲编码器)。

(8)机械制动控制(参数组67)

参数67106(相对零速值):3%;参数67109(起动转矩选择器):AUTOTQMEM (自动转矩记忆)。

(9)给定处理器(参数组69)

参数69101(对应100%给定设置电动机速度):980r/min(根据实际电动机参数进行设定);参数69102(正向加速时间):3s ;参数69103(反向加速时间):3s ;参数69104(正向减速时间):3s ;参数69105(反向减速时间):3s. (10)可选模块(参数组98)

参数98101(脉冲编码器模块选择):RTAC2 SLOT2(脉冲编码器模块类型为RTAC ,连接接口为传动控制单元的选件插槽2);参数98102(通信模块选择):FIELDBUS (激活外部串行通信并选择外部串行通信接口)。

5试运行

变频调速系统的功能参数设定完后,就可进行系统试运行。应先在变频器操作盘上进行速度给定,手动起动变频器,让起升电动机空载运转一段时间,并且这种试运行可以在5,10,15,20,25,35,50Hz 等几个频率点进行,注意观察电动机的运转方向是否正确,转速是否平稳,显示数据是否正确,温升是否正常,加减速是否平滑等

。单台变频器试运行正确后,再接入脉冲编码器模块进行速度闭环调试,试运行起升机构变频调速系统。

起升变频器手动运行无误后,就可接入PLC 控制系统,进行整机联调。整机联调中,关键要注意观察变频器起动与停止时,主起升机械制动器的开闭反应是否快速,钩头是否存在溜钩现象等。

其次还要注意观察钩头在下降过程中,制动单元和制动电阻投运后,其温升是否正常。在重物下放过程中,重物的势能会释放出来,此时电动机将工作在反向发电状态。在钩头下降过程中,电动机通过逆变桥向变频器中间直流回路充电,当直流回路的电压高于变频器系统设定值时,变频器控制斩波器接通,进而使制动电阻投入工作,以消耗变频器中间直流回路多余的电能,确保变频器中间直流回路电压稳定在一个特定电压范围内。

随着起重机的不断发展,传统控制技术难以满足起重机越来越高的调速和控制要求。在电子技术飞速发展的今天,起重

机与电子技术的结合越来越紧密,如采用PLC 取代继电器进行逻辑控制,交流变频调速装置取代传统的电动机转子串电阻的调速方式等。在选型对比基础上,本项目电动机调速装置采用了先进的变频调速方案,变频器最终选型为ABB 变频器ACS800,电动机选用专用鼠笼变频电动机。在众多交流变频调速装置中,ABB 变频器以其性能的稳定性,选件扩展功能的丰富性,编程环境的灵活性,力矩特性的优良性和在不同场合使用的适应性,使其在变频器高端市场中占有相当重要的地位。ACC800变频器是ACS800系列中具有提升机应用程序的重要一员,

它在全功率范围内统一使用了相同的控制技术,例如起动向导,自定义编程,DTC 控制等,非常适合作为起重机主起升变频器使用。本文结合南京梅山冶金发展有限公司设备分公司所负责维修管理的宝钢集团梅钢冷轧厂27台桥式起重机变频调速控制系统,详细介绍ACC800变频器在起重机主起升中的应用。

1DTC 控制技术

DTC (直接转矩控制,DirectTorqueControl )技术是ACS800变频器的核心技术,是交流传动系统的高性能控制方法之一,它具有控制算法简单,易于数字化实现和鲁棒性强的特点。其实质是利用空间矢量坐标的概念,在定子坐标系下建立异步电动机空间矢量数学模型,通过测量三相定子电压和电流(或中间直流电压)直接计算电动机转矩和磁链的实际值,并与给定转矩和磁链进行比较,开关逻辑单元根据磁链比较器和转矩比较器的输出选择合适的逆变器电压矢量(开关状态)。定子给定磁链和对应的电磁转矩的实际值,可以用定子电压和电流测量值直接计算得到。在计算中,只需要一个电动机参数―――定

子电阻,这一点和几乎需要全部电动机参数的直接转子磁链定向控制(矢量控制)形成了鲜明对比,极大地减轻了微处理器的计算负担,提高了运算速度

。直接转矩控制结构较为简单,可以实现快速的转矩响应(不大于5ms )。

2防止溜钩控制

作为起重用变频系统,其控制重点之一是在电动机处于回馈制动状态下系统的可靠性(" 回馈" 是指电动机处于发电状态时通过逆变桥向变频器中间直流回路注入电能),尤其需要引起注意的是主起升机构的防止溜钩控制。溜钩是指在电磁制动器抱住之前和松开之后的瞬间,极易发生重物由停止状态出现下滑的现象。

电磁制动器从通电到断电(或从断电到通电)

需要的时间大约为016s (视起重机型号和起重量大小而定),变频器如过早停止输出,将容易出现溜钩,因此变频器必须避免在电磁制动器抱闸的情况下输出较高频率,以免发生" 过流" 而跳闸的误动作。

防止溜钩现象的方法是利用变频器零速全转矩功能和直流制动励磁功能。零速全转矩功能,即变频器可以在速度为零的状态下,保持电动机有足够大的转矩,从而保证起重设备在速度为零时,电动机能够使重物在空中停止,直到电磁制动器将轴抱住为止,以防止溜钩的发生。直流制动励磁功能,即变频器在起动之前自动进行直流强励磁,使电动机有足够大的起动转矩,维持重物在空中的停止状态,以保证电磁制动器在释放过程中不会发生溜钩。

3系统硬件配置

梅钢冷轧桥式起重机上应用的ACS800变频器调速系统由

电控柜,大小车变频控制柜,起升变频控制柜,联动控制台等组成。主起升采用1台ACC800变频器驱动1台起升专用电动机,并在电动机轴尾安装1台速度编码器,做速度反馈用。

该速度编码器用来提高低速状态下电动机模型的速度和转矩计算精度,保证转矩验证,开闭闸等功能。主起升采用斩波器加制动电阻实现制动功能,斩波器与制动电阻串联后接入变频器整桥与逆变桥之间的直流回路中,并由变频器根据中间直流回路电压高低控制斩波器接通与否(即控制制动电阻的投切)。变频器配有RPBA201接口卡件,提供标准的Profibus2DP 现场总线接口,用于与PLC 通信控制,并接收PLC 发来的开,停车命令和速度设定值等控制参数。

4起升变频器功能参数设置

ABB 变频器在出厂时,所有功能码都已设置。

但是,起重机变频调速系统的要求与工厂设定值不尽相同,所以,ACC800中一些重要的功能参数需要重新设定。

(1)起动数据(参数组99)

参数99102(用于提升类传动,但不包括主/从总线通信功能):CRANE ;参数99104(电动机控制模式):DTC (直接转矩控制);参数99105~99109(电动机常规铭牌参数):按照电动机的铭牌参数输入。

(2)数字输入(参数组10)

参数10101~10113(数字输入接口预置参数):按照变频器外围接口定义进行设置,限于篇幅,不再赘述。

(3)限幅(参数组20)

参数20101(运行范围的最小速度):-1000 r/min(根据实际电动机参数进行设定);参数20102(运行范围的最大速度):1000r/min(根据实际电动机参数进行设定);参数20103(最大

输出电流):120%;参数20104(最大正输出转矩):150%;参数20104(最大负输出转矩):-150%;参数20106(直流过压控制器参数):OFF (本例中ACC800变频器使用了动力制动方式,此参数设为OFF 后,制动斩波器才能投入运行)。

(4)脉冲编码器(参数组50)

参数50101(脉冲编码器每转脉冲数):1024;参数50103(编码器故障):FAULT (如果监测到编码器故障或编码器通信失败时,ACC800变频器显示故障并停机)。

(5)提升机(参数组64)

参数64101(独立运行选择):FALSE ;64103(高速值1):98%;64106(给定曲线形状):0(直线);参数64110(控制类型选择):FBJOYSTICK. (6)逻辑处理器(参数组65)

参数65101(电动机停止后是否保持电动机磁场选择):TRUE (在电动机停止后保持电动机磁场为"ON" );参数65102(ON 脉冲延时时间):5s. (7)转矩验证(参数组66)

参数66101(转矩验证选择):TRUE (转矩验证有效,要求有脉冲编码器)。

(8)机械制动控制(参数组67)

参数67106(相对零速值):3%;参数67109(起动转矩选择器):AUTOTQMEM (自动转矩记忆)。

(9)给定处理器(参数组69)

参数69101(对应100%给定设置电动机速度):980r/min(根据实际电动机参数进行设定);参数69102(正向加速时间):3s ;参数69103(反向加速时间):3s ;参数69104(正向减速时间):3s ;参数69105(反向减速时间):3s. (10)可选模块(参数组98)

参数98101(脉冲编码器模块选择):RTAC2 SLOT2(脉冲

编码器模块类型为RTAC ,连接接口为传动控制单元的选件插槽2);参数98102(通信模块选择):FIELDBUS (激活外部串行通信并选择外部串行通信接口)。

5试运行

变频调速系统的功能参数设定完后,就可进行系统试运行。应先在变频器操作盘上进行速度给定,手动起动变频器,让起升电动机空载运转一段时间,并且这种试运行可以在5,10,15,20,25,35,50Hz 等几个频率点进行,注意观察电动机的运转方向是否正确,转速是否平稳,显示数据是否正确,温升是否正常,加减速是否平滑等

。单台变频器试运行正确后,再接入脉冲编码器模块进行速度闭环调试,试运行起升机构变频调速系统。

起升变频器手动运行无误后,就可接入PLC 控制系统,进行整机联调。整机联调中,关键要注意观察变频器起动与停止时,主起升机械制动器的开闭反应是否快速,钩头是否存在溜钩现象等。

其次还要注意观察钩头在下降过程中,制动单元和制动电阻投运后,其温升是否正常。在重物下放过程中,重物的势能会释放出来,此时电动机将工作在反向发电状态。在钩头下降过程中,电动机通过逆变桥向变频器中间直流回路充电,当直流回路的电压高于变频器系统设定值时,变频器控制斩波器接通,进而使制动电阻投入工作,以消耗变频器中间直流回路多余的电能,确保变频器中间直流回路电压稳定在一个特定电压范围内。

随着起重机的不断发展,传统控制技术难以满足起重机越来越高的调速和控制要求。在电子技术飞速发展的今天,起重机与电子技术的结合越来越紧密,如采用PLC 取代继电器进行

逻辑控制,交流变频调速装置取代传统的电动机转子串电阻的调速方式等。在选型对比基础上,本项目电动机调速装置采用了先进的变频调速方案,变频器最终选型为ABB 变频器ACS800,电动机选用专用鼠笼变频电动机。在众多交流变频调速装置中,ABB 变频器以其性能的稳定性,选件扩展功能的丰富性,编程环境的灵活性,力矩特性的优良性和在不同场合使用的适应性,使其在变频器高端市场中占有相当重要的地位。ACC800变频器是ACS800系列中具有提升机应用程序的重要一员,

它在全功率范围内统一使用了相同的控制技术,例如起动向导,自定义编程,DTC 控制等,非常适合作为起重机主起升变频器使用。本文结合南京梅山冶金发展有限公司设备分公司所负责维修管理的宝钢集团梅钢冷轧厂27台桥式起重机变频调速控制系统,详细介绍ACC800变频器在起重机主起升中的应用。

1DTC 控制技术

DTC (直接转矩控制,DirectTorqueControl )技术是ACS800变频器的核心技术,是交流传动系统的高性能控制方法之一,它具有控制算法简单,易于数字化实现和鲁棒性强的特点。其实质是利用空间矢量坐标的概念,在定子坐标系下建立异步电动机空间矢量数学模型,通过测量三相定子电压和电流(或中间直流电压)直接计算电动机转矩和磁链的实际值,并与给定转矩和磁链进行比较,开关逻辑单元根据磁链比较器和转矩比较器的输出选择合适的逆变器电压矢量(开关状态)。定子给定磁链和对应的电磁转矩的实际值,可以用定子电压和电流测量值直接计算得到。在计算中,只需要一个电动机参数―――定子电阻,这一点和几乎需要全部电动机参数的直接转子磁链定

向控制(矢量控制)形成了鲜明对比,极大地减轻了微处理器的计算负担,提高了运算速度

。直接转矩控制结构较为简单,可以实现快速的转矩响应(不大于5ms )。

2防止溜钩控制

作为起重用变频系统,其控制重点之一是在电动机处于回馈制动状态下系统的可靠性(" 回馈" 是指电动机处于发电状态时通过逆变桥向变频器中间直流回路注入电能),尤其需要引起注意的是主起升机构的防止溜钩控制。溜钩是指在电磁制动器抱住之前和松开之后的瞬间,极易发生重物由停止状态出现下滑的现象。

电磁制动器从通电到断电(或从断电到通电)

需要的时间大约为016s (视起重机型号和起重量大小而定),变频器如过早停止输出,将容易出现溜钩,因此变频器必须避免在电磁制动器抱闸的情况下输出较高频率,以免发生" 过流" 而跳闸的误动作。

防止溜钩现象的方法是利用变频器零速全转矩功能和直流制动励磁功能。零速全转矩功能,即变频器可以在速度为零的状态下,保持电动机有足够大的转矩,从而保证起重设备在速度为零时,电动机能够使重物在空中停止,直到电磁制动器将轴抱住为止,以防止溜钩的发生。直流制动励磁功能,即变频器在起动之前自动进行直流强励磁,使电动机有足够大的起动转矩,维持重物在空中的停止状态,以保证电磁制动器在释放过程中不会发生溜钩。

3系统硬件配置

梅钢冷轧桥式起重机上应用的ACS800变频器调速系统由电控柜,大小车变频控制柜,起升变频控制柜,联动控制台等

组成。主起升采用1台ACC800变频器驱动1台起升专用电动机,并在电动机轴尾安装1台速度编码器,做速度反馈用。

该速度编码器用来提高低速状态下电动机模型的速度和转矩计算精度,保证转矩验证,开闭闸等功能。主起升采用斩波器加制动电阻实现制动功能,斩波器与制动电阻串联后接入变频器整桥与逆变桥之间的直流回路中,并由变频器根据中间直流回路电压高低控制斩波器接通与否(即控制制动电阻的投切)。变频器配有RPBA201接口卡件,提供标准的Profibus2DP 现场总线接口,用于与PLC 通信控制,并接收PLC 发来的开,停车命令和速度设定值等控制参数。

4起升变频器功能参数设置

ABB 变频器在出厂时,所有功能码都已设置。

但是,起重机变频调速系统的要求与工厂设定值不尽相同,所以,ACC800中一些重要的功能参数需要重新设定。

(1)起动数据(参数组99)

参数99102(用于提升类传动,但不包括主/从总线通信功能):CRANE ;参数99104(电动机控制模式):DTC (直接转矩控制);参数99105~99109(电动机常规铭牌参数):按照电动机的铭牌参数输入。

(2)数字输入(参数组10)

参数10101~10113(数字输入接口预置参数):按照变频器外围接口定义进行设置,限于篇幅,不再赘述。

(3)限幅(参数组20)

参数20101(运行范围的最小速度):-1000 r/min(根据实际电动机参数进行设定);参数20102(运行范围的最大速度):1000r/min(根据实际电动机参数进行设定);参数20103(最大输出电流):120%;参数20104(最大正输出转矩):150%;参

数20104(最大负输出转矩):-150%;参数20106(直流过压控制器参数):OFF (本例中ACC800变频器使用了动力制动方式,此参数设为OFF 后,制动斩波器才能投入运行)。

(4)脉冲编码器(参数组50)

参数50101(脉冲编码器每转脉冲数):1024;参数50103(编码器故障):FAULT (如果监测到编码器故障或编码器通信失败时,ACC800变频器显示故障并停机)。

(5)提升机(参数组64)

参数64101(独立运行选择):FALSE ;64103(高速值1):98%;64106(给定曲线形状):0(直线);参数64110(控制类型选择):FBJOYSTICK. (6)逻辑处理器(参数组65)

参数65101(电动机停止后是否保持电动机磁场选择):TRUE (在电动机停止后保持电动机磁场为"ON" );参数65102(ON 脉冲延时时间):5s. (7)转矩验证(参数组66)

参数66101(转矩验证选择):TRUE (转矩验证有效,要求有脉冲编码器)。

(8)机械制动控制(参数组67)

参数67106(相对零速值):3%;参数67109(起动转矩选择器):AUTOTQMEM (自动转矩记忆)。

(9)给定处理器(参数组69)

参数69101(对应100%给定设置电动机速度):980r/min(根据实际电动机参数进行设定);参数69102(正向加速时间):3s ;参数69103(反向加速时间):3s ;参数69104(正向减速时间):3s ;参数69105(反向减速时间):3s. (10)可选模块(参数组98)

参数98101(脉冲编码器模块选择):RTAC2 SLOT2(脉冲编码器模块类型为RTAC ,连接接口为传动控制单元的选件插

槽2);参数98102(通信模块选择):FIELDBUS (激活外部串行通信并选择外部串行通信接口)。

5试运行

变频调速系统的功能参数设定完后,就可进行系统试运行。应先在变频器操作盘上进行速度给定,手动起动变频器,让起升电动机空载运转一段时间,并且这种试运行可以在5,10,15,20,25,35,50Hz 等几个频率点进行,注意观察电动机的运转方向是否正确,转速是否平稳,显示数据是否正确,温升是否正常,加减速是否平滑等

。单台变频器试运行正确后,再接入脉冲编码器模块进行速度闭环调试,试运行起升机构变频调速系统。

起升变频器手动运行无误后,就可接入PLC 控制系统,进行整机联调。整机联调中,关键要注意观察变频器起动与停止时,主起升机械制动器的开闭反应是否快速,钩头是否存在溜钩现象等。

其次还要注意观察钩头在下降过程中,制动单元和制动电阻投运后,其温升是否正常。在重物下放过程中,重物的势能会释放出来,此时电动机将工作在反向发电状态。在钩头下降过程中,电动机通过逆变桥向变频器中间直流回路充电,当直流回路的电压高于变频器系统设定值时,变频器控制斩波器接通,进而使制动电阻投入工作,以消耗变频器中间直流回路多余的电能,确保变频器中间直流回路电压稳定在一个特定电压范围内。


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