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偉創(chuàng )AC80矢量型變頻器在卷?yè)P機上的應用

一、前言

    卷?yè)P機又叫絞車(chē)，由人力或機械動(dòng)力驅動(dòng)卷筒、卷繞繩索來(lái)完成牽引工作的裝置。垂直提升、水平或傾斜拽引重物的簡(jiǎn)單起重機械。分手動(dòng)和電動(dòng)兩種。

    電動(dòng)卷?yè)P機由電動(dòng)機、聯(lián)軸節、制動(dòng)器、齒輪箱和卷筒組成，共同安裝在機架上。對于起升度高和裝卸量大，工作繁忙的情況下，要求調速性能好，特別要空鉤能快速下降。對安裝就位或敏感的物料，要能以微動(dòng)速度下降。

    卷?yè)P機包括，電動(dòng)卷?yè)P機，建筑卷?yè)P機，微型卷?yè)P機主要產(chǎn)品有：JM電控慢速大噸位卷?yè)P機、JM電控慢速卷?yè)P機、JK電控高速卷?yè)P機、JKL手控快速溜放卷?yè)P機、2JKL手控雙快溜放卷?yè)P機、電控手控兩用卷?yè)P機、JT調速卷?yè)P機等，僅能在地上使用，可以通過(guò)修改用于船上。它以電動(dòng)機為動(dòng)力，經(jīng)彈性聯(lián)軸節，三級封閉式齒輪減速箱，牙嵌式聯(lián)軸節驅動(dòng)卷筒，采用電磁制動(dòng)。卷?yè)P機產(chǎn)品通用性高、結構緊湊、體積小、重量輕、起重大、使用轉移方便，被廣泛應用于建筑、水利工程、林業(yè)、礦山、碼頭等的物料升降或平拖，還可作現代化電控自動(dòng)作業(yè)線(xiàn)的配套設備。

二、傳統卷?yè)P機的控制方式

    卷?yè)P提升機的工作特點(diǎn)是：?jiǎn)?dòng)速度慢，轉矩大，加速平滑，停車(chē)平穩、準確。傳統的調速方法是：采用繞線(xiàn)轉子異步電動(dòng)機，通過(guò)集電環(huán)和碳刷在轉子回路中串入若干段電阻，由接觸器控制接入電阻的多少來(lái)控制轉速。

但存在以下缺點(diǎn)：

（1）串聯(lián)電阻調速，其調速變化呈跳躍狀，使得減速機齒輪、天輪、中輪、料車(chē)與斜橋導軌之間，在加減速運行階段均受到?jīng)_擊力的作用，設備易損壞，鋼絲繩易疲勞，導致維修量大，檢修費用增加。

（2）串聯(lián)電阻調速范圍小，使得料車(chē)速度呈突變，減速后停車(chē)時(shí)仍有較高轉速，對制動(dòng)器和限位開(kāi)關(guān)的調整精度要求高，且容易發(fā)生越位及掉道事故而影響生產(chǎn)。

（3）串聯(lián)電阻調速，使得料車(chē)起動(dòng)及減速時(shí)，大部分電能消耗在電阻器上；當電動(dòng)機在電壓下降時(shí)，力矩下降，轉差率增大，嚴重時(shí)，料車(chē)無(wú)法啟動(dòng)，易于產(chǎn)生事故。

（4）能耗高，低速機械特性軟。因為轉速的降低是通過(guò)轉子外接電阻消耗能量來(lái)實(shí)現的，并且轉速越低，機械特性越軟，消耗在電阻中能量比例越大，極不經(jīng)濟，而且電網(wǎng)電壓的高低對速度影響很大。

附表：轉子串電阻調速與變頻調速的比較

三、 AC80 矢量變頻器卷?yè)P機控制方案

      偉創(chuàng ) AC80 矢量型變頻器采用全球領(lǐng)先的矢量控制算法，把電機定子電流按坐標變換分解為轉矩電流分量和勵磁電流分量，從而實(shí)現精確的轉矩控制。與 V/F 控制算法相比具有低頻力矩特性好，動(dòng)態(tài)響應特性好，速度控制精度高等優(yōu)點(diǎn)。

當變頻器有 0.50Hz 輸出時(shí)即有 180% 以上的高起動(dòng)轉矩，保證懸空起動(dòng)及低速運轉時(shí)的電機力矩，并可在  1:50 的速度范圍內（ 1 ～ 50Hz ）以 100% 轉矩連續運行。速度調速偏差小于 ±1% 。并利用一個(gè)高速微處理器和最新一代 DSP 來(lái)提高響應速度，在提升設備中對防止 “ 滑落 ” 很有效果，轉矩響應時(shí)間約 0.1 秒便可達到 150% 的轉矩。下落時(shí)，變頻器將受到較高電勢的能量釋放過(guò)程，為保證變頻器不過(guò)壓跳閘不被擊壞，需增設能耗制動(dòng)單元來(lái)保證變頻器的正常工作。進(jìn)行制動(dòng)時(shí)制動(dòng)電阻與電機內部的有功損耗部分結合成制動(dòng)轉矩。

1 ）傳統控制的變頻改造

 1 、短接繞線(xiàn)電機轉子繞組，取消原串電阻調速方案；也可設計切換回路，將原串電阻調速方案作為備用方案。

 2 、將電機抱閘系統獨立供電，由變頻器輔助控制。

 3 、將原調速裝置改造，使其可以控制變頻器速度。

 4 、將變頻器故障保護信號串入安全回路。

該方案改造簡(jiǎn)單設備投資少，可以很好的利用原控制系統，且不改變操作工人的操作習慣。它適合控制系統較完善的卷?yè)P機系統變頻改造。

2 ）成套卷?yè)P機變頻控制系統

 1 、采用 AC80 矢量型變頻器作為調速系統核心，采用 PLC 作為控制系統核心。

 2 、根據配置不同可設計多種保護。且可按需要靈活定制控制系統。

根據卷?yè)P機工藝控制要求及信號系統發(fā)出的信號指示，控制卷?yè)P機的啟動(dòng)，加速運行，減速，停車(chē)等過(guò)程，運行平穩可靠。

 (1) 實(shí)現卷?yè)P機的行程監視和位置閉環(huán)控制，具有完善的深度和速度顯示及控制功能。

 (2) 實(shí)現卷?yè)P機主回路控制器件真空化和無(wú)觸點(diǎn)化的要求，采用 PLC 控制，硬件配置簡(jiǎn)單，軟件編程靈活，調試方便且維護量小。同時(shí)具有良好的閉環(huán)性能。

 (3) 提高卷?yè)P機運行的安全可靠性和控制技術(shù)水平，對降低設備故障率，提高生產(chǎn)效率，減輕操作人員的勞動(dòng)強度發(fā)揮著(zhù)重要作用。

 (4) 安全保護及聯(lián)鎖功能。安全回路閉鎖了卷?yè)P機的運行條件，只有當外部設備運行正常，具備開(kāi)車(chē)條件后，才允許卷?yè)P機運轉，安全回路閉鎖了卷?yè)P機的全部重故障保護信號，故障一旦發(fā)生，卷?yè)P機立即進(jìn)入緊急制動(dòng)；排除故障后方可繼續運行。

（5） 完善的綜合后備保護功能。

（ 6 ）利用光電編碼器實(shí)現對卷?yè)P機的運行速度及位置的數字化檢測和控制，提高系統控制精度以及可靠性。

（ 7 ）安全回路雙冗余，至少有一路軟件安全回路，一路硬件安全回路。

（ 8 ） PLC 本身故障如“死機”“電池電壓低”“數據傳送錯誤”應能可靠檢測出來(lái)并采取相應的保護措施。

（ 9 ）一路速度檢測及深度檢測有問(wèn)題而另一路正常情況下應能用 PLC 進(jìn)行限速開(kāi)車(chē)。

（ 10 ）自動(dòng)發(fā)送位置信號，如減速、停車(chē)、定點(diǎn)、過(guò)卷信號等；重要的點(diǎn)如減速、過(guò)卷有兩路以上共同起作用。

（ 11 ）速度、深度有完全獨立的兩路并進(jìn)行相互比較，比較時(shí)間間隔不大于 1 秒，速度、深度不正確的情況下會(huì )立即采取必要的防止事故擴大的措施。

四、結束語(yǔ)

      偉創(chuàng ) AC80 矢量變頻器以其優(yōu)異的性能，大大的提高了傳統卷?yè)P機運行穩定性和安全性，減少了設備的維護工作。偉創(chuàng )電氣為卷?yè)P機定制的控制系統集合了眾多安全技術(shù)和自動(dòng)控制功能，為卷?yè)P機設備廠(chǎng)家提供了全套電控解決方案，也可使老舊的卷?yè)P機煥發(fā)青春。自推出使用以來(lái)，獲得了用戶(hù)的一致好評，也解決了眾多機械廠(chǎng)家電控落后的問(wèn)題，取得了良好的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益。