基于abb变频器acs的抓斗式卸船机传动系统的设计-浙江乐清电厂

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1、基于ABB变频器acs800的抓斗式卸船机传动系统的设计1　引言　　随着工业生产对起重机调速性能要求的不断提高，传统的起重机调速方法如:绕线转子异步电动机转子串电阻调速、晶闸管定子调压调速和串级调速等，它们共同的缺点是绕线转子异步电动机有集电环和电刷，要求定期维护，再加上大量继电器、接触器的使用，致使现场维护量较大，调速系统的故障率较高，并且调速系统的综合技术指标较差。　　交流变频调速技术在工业界的广泛应用，为交流异步电动机驱动的起重机大范围、高质量地调速提供了全新的方案。　　abb全新概念产品acs800系列变频器用于控制1

2、.1～2800kw的交流电机，它具有高性能的调速指标，可以使用结构简单、工作可靠、维护方便的鼠笼式异步电动机，并且高效、节能，维护工作量小，保护监测功能完善，运行可靠性较传统的交流调速系统有较大的改善。其另外一大优点就是全功率范围内统一使用了相同的控制技术，例如启动向导，自定义编程，dtc控制，通用备件，通用的接口技术，以及用于选型、调试和维护的通用软件工具。此项改进使得全系列配件达到了最大限度的统一，给用户带来了巨大的经济效益。2　抓斗式卸船机示意图、工作过程及对转动系统的要求　　抓斗式卸船机是大型港口、电厂、冶金、化工等行

3、业码头散状货物装、卸船重要装备之一，适用于包括煤、矿石、水泥、化工原料、粮食等散状货物的装卸。　　抓斗式卸船机外观示意图如图1所示。图1　抓斗式卸船机　　其主要的工作过程为从船上将散货抓起后运送至岸边的传送带上。在其运动过程中主要包括起升、开合、俯仰、大车、小车等传动点，它们分别由单独的控制单元及逆变单元驱动，对变频器控制精度要求较高。　　acs800变频器核心技术就是直接转矩控制(dtc)，是目前工业应用中先进的交流异步电机控制方式。dtc的杰出的性能及abb针对各种工业应用的专用控制宏，使得acs800变频器适用于各种领域

4、并有着杰出的表现。图2为dtc与pwm调速响应波形比较示意图。图2　dtc控制与pwm控制响应波形比较　　abb变频器持续不断的在完善用户界面。启动向导的使用，使acs800变频器的调试变得非常简便。与传统的参数编程相比，acs800变频器的自定义编程作为全系列的标准配置，就像传动产品内置了小型的plc，不需要添加任何附加的软硬件就可实现强大的功能，具有更好的适应性。同时acs800变频器全系列已经内置了电抗器，无需用户额外投资。　　此外，在acs800变频器内部还可以同时再安装三个可选模块:i/o扩展模块，现场总线适配器模块

5、，脉冲编码器接口模块或pc机的接口模块。对于这些模块，无任何附加空间和电缆的要求。3　设计方案　　根据用户的要求和我们所了解的现场实际情况，我们将该提升系统的以下方案进行综合设计:按照电压等级，本系统划分为传动部分和控制部分。传动部分主要由isu(igbt供电单元)、以及多个inu(逆变单元)组成。控制部分主要由acu(辅助控制单元)icu(进线控制单元)和dcu(传动控制单元)组成。3.1　传动部分设计　　本系统中包括5个传动点，分别由不同容量的变频器进行控制。应用中用到的规格为acs800-r7i和acs800-r8i两种

6、不同的模块。各模块内部功率元件均为igbt。其选型参考范围为:r7i:55-160kw380-690vr8i:200-5600kw380-690v　　各传动点由其各自的控制单元来控制，并且由plc或上位机通过通讯器件进行协调控制以达到应用目的。　　由于应用对象——提升系统的四象限运行的特殊性，系统可以将电机在发电运行状态下产生的电量回馈到电网中去，以达到节能的目的。在此运行状态下，电路运行状态相反。　　变频器容量的选定一般要满足表1所列的要求。表1　变频器容量选择　　式中:pm-负载要求的电动机轴输出，(kva);vn-额定输

7、出电压(v);in-额定输出电流(a）;η-电机效率;k-电流波形补偿系数;-电机的功率因素。　　选用的变频器的容量要比电机的额定容量大一档。3.2　供电单元选型及设计(1)滤波器单元(lcl)　　lcl滤波器单元由两个规格为r8i的滤波器模块组成。主要用来对电路输入端的高频和中频信号进行滤波，同时也可以防止电路中的高频开关信号进入电网。该模块主要由电感和电容构成。电感用于平波，电容用于过滤高次谐波。(2)igbt供电单元　　igbt供电单元是整流部分的核心部件。其主要功能是将来自电网的交流电转换为变频器可用的中间直流电。ig

8、bt元件的触发和关断由控制部分的rmio板进行控制。整流部分按照逆变部分同时工作时的最大功率来选择容量。　　本系统中整流部分采用的igbt整流模块为acs800-204-1510-5，其原理图如图3所示。图3　供电单元原理图　　igbt供电单元包括一个igbt供电模块,一个进