位能负载条件下的变频调速系统设计

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1、位能负载条件下的变频调速系统设计深圳市库马克新技术有限公司　罗自永李瑞常广州钢铁集团公司刘少善高永坚摘要：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

2、面的需要，通常都是在绕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，人们已开始淘汰绕线式电动机

3、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。　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

4、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、变频器的容量选择提升机械采用变频器进行控制时，可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

5、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%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

6、定容量的120%以上，即把变频器的容量提高一个等级。如45KzN1制动时间Ｔｂ内的平均回馈能量Ｐｂ＝ηMzN1周期Ｔ内的平均回馈能量Ｐａ＝ηMzN1Tb/T按下弄算法选取组件的额定参数：　1、放电开关管额定电流IbeIbe>Pm/750按正常过载条件Mz＝1.5Me,N1=Ne来考虑，取Ibe>1.5ηMzNe/750=1.5ηPe/750其中，Me、Ne、Pe分别为电动机的额定转矩、额定转速和额定功率。　2、制动电阻值Rb　Rb≈(750-800)/Ibe(Ω)　3、制动电阻额定功率Pbe制动电阻的允许过载系数K是时间的函数，其典型的特性曲线

7、如图五所示。由Pb=ηMzN1=ηPe(MzN1/MeNe)　Pa=ηMzN1Tb/T=ηPe(Tb/TXMzN1/MeNe)令K1=MzN1/MeNe,制为制动负载系数K2=Tb/T,称为制率，则Pb=ηK1Pe　Pa＝ηK1K2Pe根据实际工况计算出Pa和Pb,并从制动电阻特性曲线查出与Tb对应的过载系数Kb（以40℃的环境温度为标准），同时考虑一定的安全容量，选取Pbe>1.2Max(Pb/Kb,Pa)五、调速控制方法采用变频调速控制的提升机械仍可使用传统的速度控制方法，如行吊的速度控制，仍使用传统的凸轮控制器，不同的档位给出了上升或下降

8、方向指令和多级速度指令，输入到变频器的控制端，实现方向控制和调速。现在已有行吊变频专用控制器推出，应用它可以简化控制系统设计，减少故障点。变频调速器还