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1、英威腾CHV190变频器在门座式起重机中的应用英威腾CHV190变频器在门座式起重机中的应用ronggang导语：本文分析了门座式起重机的运行特点，具体阐述了英威腾CHV190起重机专用变频器用于门座式起重机调速时的电动机、变频器及其制动方式的选型原那么和变频器周边设备的容量计算方法摘要：本文分析了门座式起重机的运行特点，具体阐述了英威腾CHV190起重机专用用于门座式起重机调速时的电动机、变频器及其制动方式的选型原那么和变频器周边设备的容量计算方法，最后介绍了CHV190变频器在门座式起重机中的应用案例。关键词：英威腾CHV190起重机专用变频器门座式起重机电气制动Abstract:This
2、paperanalysestheoperationcharacteristicofportaljibcrane,anddiscussselectingprincipleandcalculationformulasofmotorandcapacitywhichfrequencyinverteranditsbraketypeandaccessoryoftheACvariablefrequencyandspeedregulationappliedtoportaljibcrane,finallyintroducecasewhichCHV190inverterappliedinportaljibcran
3、e。Keyword:INVTCHV190specialcraneinverterPortaljibcraneElectricbrake随着工业消费对起重机调速性能要求的不断进步，常用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共同的缺点是绕线转子异步电动机有集电环和电刷，它们要求定期维护，由集电环和电刷引起的故障较为常见，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，而且调速系统的综合技术指标较差，已不能知足工业消费的特殊要求。沟通技术在工业界的广泛应用，为沟通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。它
4、具有高性能的调速指标，可以使用构造简单、工作可靠、维护方便的鼠笼异步电动机，并且高效、节能，其外围控制线路简单，维护工作量小，保护监测功能完善，运行可靠性较传统的沟通调速系统有较大的进步。所以，采用沟通变频调速是起重机沟通调速技术开展的主流。沟通变频调速技术应用于起重机后，与市场上大量使用的传统的绕线异步电动机转子串电阻调速系统相比，可带来以下显著效益。1采用沟通变频调速技术的起重机由于变频器驱动的电动机机械特性硬，具有准确定位的优点，不会出现传统起重机负载变化时电动机转速也随之变化的现象，可以进步装卸作业的消费率。2变频起重机运行平稳，起、制动平缓，运行中加、减速时整机振动和冲击明显减小，平
5、安性进步，并且延长了起重机机械局部的寿命。3机械制动器在电动机低速时动作，主钩以及大、小车的制动由电气制动完成，所以机械制动器的制动片寿命大为延长，维护保养费用下降。4采用构造简单、可靠性高的鼠笼异步电动机取代绕线转子异步电动机，防止了因集电环、电刷磨损或者腐蚀引起接触不良而造成电动机损坏或者不能起动的故障。5沟通接触器大量减少，电动机主回路实现了无触点化控制，防止了因接触器触头频繁动作而烧损以及由于接触器触头烧损而引起的电动机损坏故障。6沟通变频调速系统可以根据现场情况，灵敏调整各档速度和加、减速时间，使得变频起重机操纵灵敏、现场适应性好。7沟通变频调速系统属高效率调速系统，运行效率高，发热
6、损耗小，因此比老式调速系统大量节电。8具有完善的保护、监测及自诊断功能，如再结合PLC控制，可大幅度进步变频起重机电控系统的可靠性。2门座式起重机的特点门座式起重机是一种用来起吊、放下和搬运重物，并使重物在一定范围内挪动的起重、搬运设备，在消费经过中起着重要作用。门座式起重机系统分为起升抓斗门机由支持、闭合机构组成、变幅、旋转、行走四局部。门座式起重机是随着港口事业的开展而开展起来的，在开展经过中，门座式起重机还逐步推广应用到作业条件与港口相近的船台和水电站工地等处。按用处可分为3类：装卸用门座起重机:主要用于港口和露天堆料场，用抓斗或者吊钩装卸。起重量一般不超过25吨，不随幅度变化。工作速度
7、较高，故消费率常是重要指标。造船用门座起重机：主要用于船台、浮船坞和舣装现场，进展船体拼接、设备舣装等吊装工作，用吊钩作为吊具。最大起重量达300吨,幅度大时起重量相应减小。有多档起升速度，吊重轻时可进步起升速度。有些工作机构还备有微动装置，以知足安装要求。门座高度大者，可适应大起升高度和大幅度作业的要求，但工作速度较低，作业消费率不高。建筑安装用门座起重机：主要用在水电站进展大坝浇注、设备和预制件吊装等，一般用吊钩。起重量和工作速度一般介于前两类起重机之间。它具有整机装拆运输性好、吊具下放深度大、能较好地适应临时性工作和栈桥上工作等的特点。2.1使用环境门座式起重机大多用于港口码头、货场、重
8、工企业等的露天环境，室外温度变化剧烈，有些场所存在多粉尘、有腐蚀气体等，使用环境恶劣。门座式起重机运行中振动、冲击较大，供电电源方面普遍存在变压器容量小，供电电缆截面小、线路长;在大型设备启动时，常造成瞬时欠电压。2.2机构组成及运行特征门座式起重机有起升、回转、变幅和运行机构，前3种机构装在转动局部上,每一周期内都参加作业。转动局部上还装有可俯仰的倾斜单臂架或者组合臂架及司机室。运行机构装在门座下部，用以调整起重机的工作位置;带斗门座起重机还装有伸缩漏斗、带式输送机等附加设备，以进步门座起重机用抓斗装卸散状物料时的消费率。除电气保护装置外，还装有起重量或者起重力矩限制器、起重机夹轨器等平安装
9、置。门座式起重机的各类机构都属于恒转矩负载;此外，不同的机构还具有各自的特点。1起升机构由于重物在空间具有位能，是位能性负载。其特点是：重物上升时，电动机克制各种阻力包括重物的重力、摩擦阻力等而作功，属于阻力负载;重物下降时，由于重物本身具有按重力加速度下降的才能位能，因此当重物的重力大于传动机构的摩擦阻力时，重物本身的重力位能是下降的动力，电动机成了能量的承受者，属于动力负载;但当重物的重力小于传动机构的摩擦阻力时，重物仍需由电动机拖动下降，属于阻力负载。2变幅、旋转、行走机构都是阻力负载。但室外起重机的这些机构有时在较大风力情况下成为动力负载。3起重机应具有大的启动转矩，通常超过150%的
10、额定转矩，假设考虑超载实验等因素，至少应在起动加速经过中提供200%的额定转矩。4由于机械制动器的存在，为使变频器输出转矩与机械制动器的制动转矩平滑切换，不产生溜钩现象，必须充分研讨变频器启动信号与机械制动器动作信号的控制时序。5当起升机构向下运行或者行走机构急减速时，电动机将处于再生发电状态，其能量要向电源侧回馈，必须根据不同的现场情况研讨怎样处理这局部再生能量。6起升机构在抓吊重物分开或者接触地面瞬间负载变化剧烈，变频器应能对这种冲击性负载进展平滑控制。3电动机的选用笼型异步电动机由变频器供电时，由于市场上出售的变频器大多采用PWM调制方式，会由于高次谐波的影响和电机运行速度范围的扩大，出
11、现一些工频电源供电时没有的新问题。1谐波的影响采用PWM调制方式的通用变频器给笼型异步电动机供电时，电动机定子电流中含有丰富的高次谐波，高次谐波造成电动机的铁损和铜损增加，致使电动机的温度上升。统计资料说明，电动机在额定状态下，变频器供电的电动机比工频供电时，电流增加10%，而温升增加20%左右。选择电动机容量时，应留有裕量，防止电动机温升过高，影响其寿命。另外，当电动机的尺寸大于280时，为了防止出现因高次谐波引起的轴电流，应在电动机的非传动端安装绝缘轴承，为进一步减小轴承电流，应使用屏蔽电机电缆，并且电动机外壳应很好接地。2散热才能的影响标准笼型电动机的散热才能，是按额定转速下安装在电动机
12、轴上的冷却风扇的冷却风量考核的。当电动机调速运行时，额定转速以下会随着转速的降低其散热才能变差。门座式起重机的起升、行走机构均为恒转矩负载，为了保证低速运行时电动机温升在容许值内，须采用变频专用电动机。如今国内推出的变频专用电动机由普通笼型异步电动机加装独立风扇组成，并且进步了电机绕组的绝缘才能，扩大了电动机的调速范围，可在3100Hz范围内连续运行。350Hz范围内为恒转矩运行，50100Hz范围内为恒功率运行。3电动机绝缘的影响如今市场上出售的通用变频器大多采用PWM调制方式的IGBT逆变器技术，其输出电压由高压脉冲组成，峰值约为电网电压的1.35倍。根据电机电缆特性及供电间隔的不同，脉冲
13、电压的峰值在电动机接线端子处可能加倍，这就对电动机的绝缘提出了更高的要求，具体情况应参阅变频器消费厂家提供的使用手册或者向电动机消费厂商咨询。4变频器的选用4.1英威腾CHV190起重机专用变频器简介4.1.1主要功能简介CHV190起重机专用变频器是英威腾针对起重行业专业应用设计的一款高性能矢量变频器，用于各类起重机的起升、俯仰、变幅、大车、小车、回转、抓斗等机构的沟通无级调速。主要的功能及特点如下：1抱闸逻辑控制与监控、预励磁及起动预转矩补偿准确的抱闸开启和闭合控制时序，通过抱闸实时状态反应和起动预转矩补偿，确保控制的平安性和可靠性。预励磁功能是在启动之前自动地对电机实行直流励磁，以保证电
14、动机快速地提供起动转矩，并通过调节励磁的时间使电动机的起动与机械制动器的释放时间相配合，防止出现“溜钩现象。2轻负载升速电子副钩和松绳检测起重机空钩或者轻载时实现2倍速运行，进步装卸效率。轻负载升速功能主要应用于起升高度较大的起重机：在起升机构空载运行时自动使速度上升，以缩短时间来进步装卸效率;重载时自动降低速度以确保设备和人身的平安。变频器根据启动后一段时间内的平均电流值来判定负荷的大小：当负载重时，变频器自动降低输出频率;当负载轻时，变频器自动进步输出频率。松绳检测功能防止在起重机绳索松弛的情况下，轻负载升速功能误动作引发的不平安运行。3控制回路电源和主回路电源可以分别控制,进步了用户调试
15、时的平安性，便于故障诊断与维护。4主从控制功率平衡与速度同步技术在两个大功率电机通过减速箱刚性连接驱动一个起升机构时，主从控制功率平衡功能保证两个电机出力均匀;在双起升机构提升一个重物时，主从控制速度同步功能保证两个起升机构同步提升，确保平安。5第二电机控制及切换功能一台变频器通过参数自学习可以自动存储两套电机参数，通过切换指令实现对两组电机的高性能矢量控制;便于电气传动系统的控制，降低用户本钱。6同时支持PROFIBUS-DP和MODBUS、INTERNET多种通讯协议，能实现多个变频器和PLC之间的通讯连接。7危险速度监视、快速停车及超速保护变频器实时监测电机的运行速度，当电机速度大于设定
16、的最高允许速度或者速度偏向值时，变频器发出故障报警并立即停顿输出，机械制动器动作，使起重机处于平安状态。快速停车功能给用户提供以下三种方式供选择：方式1：电气制动的停车;方式2：电气制动加机械制动的停车;方式3：机械制动的停车。8起重机操纵形式根据起重机不同的操纵形式，为用户提供以下操纵形式选择：操纵杆形式、遥控形式、电动电位器形式、分级操纵杆给定形式、分级遥控给定形式、通讯给定形式等。4.1.2应用范围CHV190起重机专用矢量变频器，具有优异的力矩控制性能，广泛适用于岸边集装箱起重机STS、轨道式集装箱龙门起重机RMG、轮胎式集装箱龙门起重机RTG、门座式起重机、造船用龙门起重机、装船机、
17、卸船机、翻车机、堆取料机等各类港口机械，以及各类普通桥式、门座式、塔式起重机和提梁机、架桥机等起重机械的起升、变幅、大车、小车、回转、抓斗等机构的沟通无级调速。4.2变频器容量计算下面就门座式起重机的起升、行走回转机构的变频器选用原那么做以具体讲明。1起升机构门座式起重机起升机构所需的电动机轴输出功率：PM=W/6120式中W起升机构额定提升负荷的重量，kg起升机构的额定速度，m/min起升机构的机械效率变频器的容量必须大于负载所需求的输出，即：P0KVAkPM/cos式中k过载系数1.33PM负载要求的电动机轴输出功率，kW电动机效率cos电动机的功率因数起升机构要求的起动转矩为1.31.6
18、倍的额定转矩，考虑到需有125%的超载要求，其最大转矩需有1.62倍的额定转矩，以确保其平安使用。对于拖动等额功率电动机的变频器来讲，可提供长达60秒、150%额定转矩的过载才能，因此过载系数k=2/1.5=1.33。在变频器容量选定后，还应做电流验证，即：ICNkIM式中k电流波形修正系数PWM调制方式时取1.051.1ICN变频器额定输出电流，AIM工频电源时的电动机额定电流，A一般的大吨位起重机有两个独立驱动的起升机构，每个起升机构由2台电动机同步驱动各自的钢丝绳卷筒转动，再经过动滑轮组多级减速提升吊钩。起升机构的变频调速传动方案采用一台变频器带一台电动机的“一拖一方案，为了进步低速传动
19、时的动态特性和高转矩输出才能，每台电动机采用带脉冲编码器的速度闭环控制。每个起升机构的2台变频器之间采用CHV190变频器提供的具有功率平衡和速度同步控制功能的主从控制方案，这些控制方案可以实现2台电动机准确的转矩平衡分配和2个起升机构的速度同步。2行走、回转机构门座式起重机的行走、回转机构大多采用多台电动机传动方案。由于门座式起重机行走机构的转动惯量较大，为了加速电动机需有较大的起动转矩，因此门座式起重机行走机构所需的电动机轴输出功率PM应由负载功率Pj和加速功率Pa组成，即：PMPj+Pa行走机构所需的负载功率为：Pj=W/6120式中行走机构的摩擦系数W行走机构额定负荷的重量，kg行走机
20、构的额定速度，m/min行走机构的机械效率行走机构所需的加速功率为：式中k电流波形修正系数PWM调制方式时取1.051.1nM行走机构的电动机额定转速，r/mincos电动机的功率因数电动机效率GD行走机构换算到电动机轴上的总转动惯量，kgmtA电动机加速时间根据负载要求确定，s由于行走机构大多采用一台变频器拖动多台电动机的通用U/f开环频率控制方式，因此在变频器容量选择时，还应知足以下公式：ICNknIM式中k电流波形修正系数PWM调制方式时取1.051.1ICN变频器额定输出电流，AIM工频电源时单台电动机的额定电流，An一台变频器拖动的电动机数目5再生能量的处理当采用变频器传动的起升机构
21、拖动位能性负载下放或者行走机构急减速、顺风运行时，异步电动机将处于再生发电状态。逆变器中的六个回馈二极管将传动机构的机械能转换成电能回馈到中间直流回路，并引起储能电容两端电压升高。假设不采取必要的措施，当直流回路电容电压升到保护极限值后变频器将过电压跳闸。在高性能的工程型变频器中，对连续再生能量的处理有以下两种方案。在中间直流回路设置电阻器，让连续再生能量通过电阻器以发热的形式消耗掉，这种方式称为动力制动;采用再生整流器方式，将连续再生能量送回电网，这种方式称为回馈制动。英威腾推出的DBU型能耗制动单元和RBU型能量回馈单元的详细参数可参见讲明书。下面对这两种制动方式做以具体介绍。1动力制动动
22、力制动由制动单元和制动电阻构成。变频器设置了制动单元和制动电阻后，其动力制动才能取决于制动电阻的允许功率。因此，计算再生功率PM时，必须知足PM计算再生能量EM计算再生功率PMPM=EM/t0式中PM制动期间电机产生的有效再生功率，WEM机构急减速及下降时的再生能量，Jt0制动周期时间，S选择适宜的制动单元/制动电阻组合选择适宜的制动单元/制动电阻组合，必须知足以下条件：PMPR时，说明超出了制动电阻的处理才能，需重新核算负载惯量和减速时间。制动电阻RB0的计算在再生回馈制动中，即使不设置制动电阻，依靠电机内部损耗也可获得约20%的制动转矩，因此可用下式计算所需的电阻值RB0：RB0=VC/1
23、.027TB-0.2TMn1式中VC变频器中间直流回路的电压约为700V，VTB制动转矩，kgmTM电动机额定转矩，kgmn1电动机开场减速时的速度，rpm动力制动的放电回路由制动单元和制动电阻构成，其最大电流受制动晶体管最大允许电流IC的限制，制动电阻最小允许值RMIN=VC/IC。因此制动电阻选用时其实际值RB应知足以下条件：RMIN6布线设计6.1变频器主回路门座式起重机起升机构的变频器采用矢量控制方式，它们要用所传动电动机的一些电机常数，而数据的获得是由变频器的参数自检测程序来完成的。假如按常规的导线发热校验选择电机的配线，必然在长间隔供电时，把线路阻抗参加到了参数自检测出的电机数据中
24、，引起变频器的控制精度下降，达不到设计要求。另外，变频器与电动机之间的敷设间隔长，那么线路压降大，有时产生电机转矩缺乏。十分是变频器输出频率较低时，其输出电压也低，线路压降所占的比例增大。变频器与电机间的线路压降以不超过额定电压的2%为容许值，电机电缆的截面可据此来选择。由于在变频器的输出布线中存在寄生电容，其容量与电机电缆的长度成正比，电机电缆的寄生电容容量越大，采用PWM控制方式的变频器输出电缆中的漏电流也越大，进而造成变频器的出力不够。所以在门座式起重机的布线设计中，应力求减小变频器到电动机的电缆的长度总和。6.2控制回路变频器的控制信号为微弱的电压、电流信号，所以与主回路不同，变频器的
25、输出回路是强电磁干扰源，因此，变频器控制回路的配线不能与变频器主回路配线在同一根铁管或者同一配线槽内敷设。为了进一步进步抗干扰效果，还应采用1.0mm2绝缘屏蔽导线。绝缘屏蔽导线的接地应在变频器侧进展单点接地，使用专用的接地端子，不与其它的接地端子共用。电磁感应干扰的大小与电线的长度成比例，所以要尽可能地以最短的线路敷设。在电磁干扰严重的场合，除了采取接地、屏蔽等措施外，还可以在变频器的控制信号线上安装数据滤波器，以进一步减小干扰电压的影响。7CHV190起重机专用变频器在25t-35m门座式起重机中的应用介绍7.125T-35M门座式起重机的主要参数如下：1额定起重量：吊钩下25m处40T;
26、抓斗25T;2起升高度：抓斗轨上20m;轨下15m;吊钩轨上28m;轨下15m;3幅度：最大35m，最小10m;4工作机构运行速度起升速度：吊钩额定25m/min;抓斗额定50m/min;空载60m/min;旋转速度：0.8幅度30-35m/1.2幅度10-30mrpm;变幅平均速度：45m/min;行走速度：25m/min;5电源：3相380V，50Hz6整机工作级别：A87.2电气传动单线图1起升机构MC型40T抓斗门座式起重机起升机构由支持、闭合机构组成，两机构均由1台160KW变频电机驱动，调速为带编码器的闭环矢量控制，采用INVT公司起重机专用变频器CHV190-220G-4;制动单
27、元为DBU-315-4，制动电阻：280KW;属有档位无级调速方式，采用Profibus-DP现场总线控制，内设S曲线加减速形式，保证重物提升经过中的稳定性。2俯仰机构俯仰机构由1台132KW变频电机驱动，调速为带编码器的闭环矢量控制，采用INVT公司起重机专用变频器CHV190-185G-4;制动单元为DBU-315-4，制动电阻：260KW;属有档位无级调速方式，采用Profibus-DP现场总线控制，内设S曲线加减速形式，保证起升机构变幅经过中的稳定性。3大车机构大车运行机构由4台11KW变频电机驱动，和支持机构共用一台变频器通过切换分别控制，其中一组电机需要控制运行时，变频器接收到转换
28、信号后自动切换到相应电机组参数。4回转机构回转机构由2台30KW变频电机驱动，调速为开环矢量控制，采用INVT公司起重机专用变频器CHV190-110G-4;制动单元为DBU-220-4，制动电阻：420KW;属有档位无级调速方式，采用Profibus-DP现场总线控制，内设S曲线加减速形式，保证回转机构的大惯性负载起制动平滑和运行的稳定性。7.3系统优点1可靠的抱闸逻辑控制，同时抱闸时间可调，在保证不溜钩的同时，也防止了电机的大冲击电流。2高性能的闭环矢量控制，在零速时可输出180%的额定转矩长达10S。增加了系统的可靠性。3提升机械采用轻负载升速电子副钩功能，吊重物时0-50HZ之间运行，
29、空钩可实现0-100HZ之间运行，以进步工作效率;4多段速或模拟量调速，加减速经过均按照S曲线形式，增加了工作的稳定性，减小了机械冲击。延长设备使用寿命。5多电机并联后，变频器自动辨识参数，建立有效的数学模型;控制精度非常高。6单台变频器切换控制2组电机，自动辨识并存储两组电机参数，均可实现高性能控制。降低了设备的整机本钱，极大进步了整机的竞争力。7可调转矩补偿，实现准确控制。7.4变频器的现场调试限于篇幅，下面以支持机构变频器的调试经过为例，扼要介绍CHV190变频器的调试经过。1电机参数辨识辨识电机参数在电机轴与负载脱开的情况下进展，首先设定电机参数P2.00-P2.05和编码器参数P4.
30、00-P4.01,然后设定P0.07为1进展电机参数自学习，主要的参数如下：自学习完成后，设定速度由低到高空载闭环矢量运行，观察空载电流及电机运转，确保正常。2其它参数的设定P0组根本功能组、P1组速度曲线组、P4组编码器参数组、P5组输入端子组、P6组输出端子组等参数可根据实际需要设定。3抱闸时序控制测试通过修改P8组增强功能组中的抱闸合闸、松闸延时、停机延时等参数，调试抱闸时序控制情况。4带负载闭环矢量运行及验证轻负载升速电子副钩功能观察抱闸时序控制正常后再安装好主轴联动机构，设定速度由低速到高速的步骤运行。带负载调试时，坚持由轻负载到重负载的步骤调试，同时留意观察变频器运行电流及电机运转
31、状态。通过修改P8组增强功能组中的轻负载升速使能参数，验证吊重物时0-50HZ之间运行，空钩时0-100HZ之间运行。5调试波形8完毕语随着电力电子技术的不断开展完善，沟通变频调速技术日益显现出优异的控制及调速性能，高效率、易维护等特点，加之它的价格不断下降，使其成为起重机械一种优选的调速方案。但是，要使变频器成功地应用于起重机调速，就必须针对起重机的特点，计算和选择变频器及其外围的辅件，并在安装与布线时采取特殊技术措施，以保证变频调速的起重机平安、可靠地运行。参考文献：1.INVTCHV190变频调速器操纵讲明书Z20202.韩安荣通用变频器及其应用M机械工业出版社20003.段苏振沟通变频调速技术在门式起重机中的应用J电气传动，2005，14.段苏振沟通变频调速的电气制动方式J机床电器，2004，3