位能负载条件下的变频调速系统设计.doc

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1、位能负载条件下的变频调速系统设计摘要：本文分析了位能负载的物理特性，控计了提升机械变频调速系统的设计思想和分析计算方法，对变频设备的合理选用进行了研究．关键词：提升机　变频调速　制动一、概述：　　物品提升机械是国民经济各行业不可缺少的生产设备，在各工矿企业中大量使用，如工厂的行吊、港口码头的塔吊、矿井提升机、高炉卷扬机、民用电梯、轧机升降台、以及油田抽油机等，都是典型的提升机械。这类设备大多采用绕线式电动机作为主驱动，用于提升或下放重物，具有典型的位能负载特性。　　由于启动及调速成等方面的需要，通常都是在绕

2、线式电动机的转子回路串接电阻，从而降低电机启动电流，并实现电动机的分级调整。这种控制方式带来如下弊端：1、转子回路串接电阻，消耗电能，造成能源浪费。2、电阻分级切换，实现有级调速，设备运行不平稳，引起电气及机械冲击。3、再生发电时，机械能回馈电网，造成电网功率因数低。尤其在供电馈线较长的应用场合，会加大变压器、供电线路等方面的投资。4、接触器频繁投切，电弧烧伤触点，影响接触器的使用寿命，设备维修成本较高。5、绕线电动机滑环存在的接触不良问题，容易引起设备事故。　　随着交流电动机变频调速器的应用和普及，人们已

3、开始淘汰绕线式电动机转子回路串电阻调速这一落后的调速方式，采用先进的变频调速技术取而代之，实现了提升机械的平滑调速和节能运行，并将电网侧功率因数提高到0.95以上，同时省去了调速接触器、正反转接触器等软件，完全解决了传统提升机械的存在的固有缺陷，使设备性能行到极大提高。二、位能负载的调速特性　　提升机械用于提升或下降位能负载，无论是过平衡或欠平衡配置，必然存在电动和再生发电两个工作区，其调速特性如图一和图二所示。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

4、　　　　　图一　转子回路串电阻的调速特性　　　　　　　　　　图二　交流变频调速特性　　如图所示，绕线式电动机转子回路串接电阻调速时，通过电阻的分级切换和正反转接触器切换，实现有级调速和正反转控制。其中，工作点１和工作点２为电动状态，工作点３为能耗制动状态，工作点４为再生发电机状态。　　变频调速特性为一组平行的曲线，同于变频器的频率可以连续可调，因而能够实现平滑无级调速。图二中１区为电动区，２区为再生发电区，电能回馈至变频器的直流侧，通过制动组件泄放。三、变频器的容量选择3　　提升机械采用变频器进行控制时，可

5、以迁用鼠笼型电动机，对于原使用绕线式电动机的提升机械，可将绕线式电动机的转子短接，当作笼型电机使用。常用的电动机为ＹＺ系列鼠笼型电动机和ＹＺＲ系列绕线型电动机，这两个系列的电动机，都是以工作制Ｓ３及负载持续率40%的定额作为基准定额。电动机的额定值选定后，应选择相应的变频器容量。　　ＹＺ和ＹＺＲ系列电动机的过载力矩一般为2.2-2.8倍，为了充分发挥电动机的负载能力，提高起重设备的安全性能，采用变频器进行控制后，必须保证变频器－电动机系统具有2.2-2.8倍的过载能力。由于普通变频器的过载能力一般为150%

6、一分钟，瞬态过载力矩只能达到180%－200%，因此必须提高所适配的变频器容量，以便提高变频器－电动机系统的瞬时过载能力。　　由上述可知，只要把变频器的容量提高20%左右，即可使变频器－电动机系统的瞬时过载能力提高到2.0-2.4倍，基本满足要求。因此，应选择变频器额定容量为电动机额定容量的120%以上，即把变频器的容量提高一个等级。如45KW的电动机，应配置55KW的变频器，且变频器应具有较大的过载能力，过载率在150%一分钟以上。四、制动组件的合理选用　　如图三所示，再生发电时机械能被转换成电能，回馈到

7、变频器直流侧的电容器上，其结果将使直流回路的电压升高，当电压升高到某一设定值（如750V），制动单元自动控制放电用开关管导通，电能向制动电阻上泄放。制动单元动作后，泄放的能量大于回馈能量，直流回路的电坟开始下降，当它下降到某一设一值（如630V），则制动单元自动控制放电用开关管关闭，停止放电。这一充电与放电过程由变频器和制动组件自动完成，维持直流回路电压在一个安全的范围之内。　　由上述可知，选择制动组件的基本原则是：1、制动组件的最大瞬时放电能量大于等于最大瞬时回馈能量。2、制动组件的平均放电能量大于等于平

8、均回馈能量。　　通常，制动组件的最大瞬时放电能力由其放电开关管的额定电流所决定，而平均放电能力则取决于制动电阻的额定功率大小。　　以工矿企业常用的行吊为例，说明制动组件的选取方法。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图三　　变频系统示意图　　图四是一个典型的行吊作业速度图。行吊在某个地点以速度Ｎ１提升重物，平移到另一个地点，然后以速度Ｎ１下放重物，再回到原地继续作业，如此往复。设工作周期为Ｔ，在下放重物时电