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1、变频调速技术在港口及船舶起重机械中的应用何志渔,王素玲(武汉理工大学控制工程系,湖北武汉430063)摘要:文章主要介绍具有位能性负载特点的港口及船舶起重机械电气传动中交流变频调速技术的应用及发展趋势。指出PWM调制的优点和采用功率晶闸管有源逆变器的能量回馈技术的经济性。关键词:交流调速;变频器;起重机中图分类号:U672文献标识码:C文章编号:1001-8328(2002)02-0034-03Abstract:ThispaperintroducesapplicationanddevelopingtendencyofACspeedcontr
2、oltechniquebychangingfrequencyincrane’selectricaldivingofportandmarinebasedonpotentialenergyload.ItpointsoutthatadvantageofPWMmodulationandeconomyofactiveinverter’spowerfeedbacktechniquemakesuseofpowerthyristor.Keywords:ACvelocitymodulation;transducer;crane了晶体管变频器的产生,它不但克服
3、了以往交流调速许多缺点,而且高性能控制的变频器的调速性能甚至可以和直流电动机的调速性能媲美,调速范围和功率比直流电动机大,在小型化、低成本、高可靠、节能、抑制谐波方面占有明显的优势。我国港口起重机采用全频调速(指起升、变幅、旋转、行走机构均用变频调速)。近几年,新吊车也大部分采用变频调速,旧吊机也纷纷进行这一技术的改造。本文就变频调速系统在港口和船舶起重机上的应用谈几点看法。1引言港口和船舶起重机械电气传动系统为提高装卸的工作效率,工作时在性能上要求在启制动频繁的情况下,工作平稳冲击小,调速要求幅度比较大。另外,其负载均为位能性负载,减速或
4、下放货物时其电动机处于再生发电制动状态,传动系统中所储存的机械能,最好能回馈给电网以达到节能的目的。与其他行业的机械电气转动系统一样,它经历了直流发电机———电动机(G—M),晶闸管———直流电动机(SCR—M)的直流电动机调速系统和异步电动机的变极调速,绕线异步电动机转子电路串电阻调速,调压调速,转差电动机调速,串级调速的发展过程和类别。众所周知,直流电动机有换向器和电刷,维护保养麻烦,价格也昂贵,容量上也受到一定限制。而上述的几种异步电机调速分别存在能耗大、调速范围有限、功率因数低、不能在大功率中应用等缺点。20世纪70年代以后,由于微
5、电子技术、电力电子技术和微处理机技术、智能控制技术发展促使PWM控制的变调速技术1964年,西德A.SHonong首先提出了脉宽调制的思想,即把通讯系统的调制技术应用于交流电力拖动,它解决了常规六阶段波逆变器中所存在的问题,目前在交流变频器中广泛采用这种技术。其基本原理就是用等幅、不等宽、按一定期间排列的脉冲波来逼近一条正弦曲线使之产生的电压和电流波接近于正弦波,从而大大消除了谐波分量,提高了功率因数,大大简化了控制线路。得到极好的调速性能,原理图见图1。2作者简介:何志渔(1942-),男,浙江余姚人,教授,主要从事电力电子及其应用的研究
6、。2002年第2期何志渔,王素玲·变频调速技术在港口及船舶起重机械中的应用35目前PWM控制信号已拥有大规模集成全数字化专用芯片,如英国Mrllard公司的HEF4752V、日本SANKEN公司的MB63H110以及我国自行开发的THP24752,调频范围为0～200Hz,由它们生成的SPWM波的最大开关频率较低,一般在1kHz以下,所以适于以BJT或GTO为开关器件的变频器。西门子公司推出的一种新颖的专用集成芯片SLE4520,是一种可编程器件,功能很强,可以使逆变器输出频率高于2600Hz,开关频率可大于20kHz,可产生6路SPWM控
7、制信号,适用于IGBT变并对滤波电容充电,直流电通过直流母线送到变频器Ⅰ,逆变为三相交流电回馈给电网。我们课题组在完成交通部通达计划“新型节能型交流调速系统研究”课题中,采用功率晶体管IGBT模块组成有源逆变器反并联在变频器的整流侧,如图3所示。当变频器在降频减速和下放重物时,交流电动机的再生能量给变频器中间直流环节的储能电容Cd充电,使电容两端电压升高,超过电网线电压值后,整流桥反向阻断,由专用微处理芯片(DSP)TM9320C240来启动有源逆变装置,将再生能量反馈给电网。有源逆变器在SPWM控制下,能保证馈入电网的电流和与电网电压同频
8、同相的正弦波,使系统功率因数接近1。另外在成本上低于双变频器系统。频器。使用了专用芯片可简化SPWM生成电路,低系统成本、提高系统可靠性。降图1PWM变频器基本结构图3有源逆变器
