摘要：本文主要介紹了ABB變頻器先進的調速性能以及在橋機上的實際應用和設計思路

隨著科學技術的發展，變頻技術被廣泛應用于工業生產中,它具有調速范圍寬、調速精度高，起、制動平穩、可實現無極調速的優點。市面上各種品牌的變頻器控制方式大多采用磁通矢量控制FVC，而ABB采用獨特的直接轉矩控制DTC方式。DTC控制方式其力矩階躍上升時間小于5ms，比FVC控制方式至少小一倍，動態控制精度比FVC高出一個數量級；特別在低速運行、電網供電質量不好、波形發生畸變時，DTC仍然能保持較高的控制精度。

一、ABB交流調速裝置的介紹
ABB的交流調速裝置分為ACC和ACS兩種系列，ACC和ACS在硬件組成和結構上基本一樣，區別在控制軟件上；ACC是專門為起重機設計的，它有一個專門控制制動器的標準提升應用宏，用于位能性負載。它可以做到打開制動器時電機以零速保持著重物，然后根據裝置內設定的加、減速曲線加速到給定值，解決了溜鉤問題。ACS是為風機、水泵、平移機構等摩擦性負載而設計的，在起重機中，主要用于行走等平移機構。
因此在我單位為琿春電廠設計的75t20t雙梁橋機中，選用了ABB的交流調速裝置，其中主起升和副起升采用ACC800，小車和大車行走采用了ACS800
二、調速裝置的選擇
1、變頻器的容量選擇
變頻器容量選擇應本著變頻器額定電流大于電動機額定電流的原則來選配：
Ib≥Id×K1×K2K3
式中：Ib－變頻器的額定電流；
Id－電動機的額定電流；
K1－最大負載系數，為所需最大轉距與電動機額定轉距之比；
K2－余量系數，一般取K2＝1.2
K3－變頻器過載能力系數，不同的變頻器生產廠家其K3值不一樣，ABB和安川一般取K3＝1.5，西門子取K3=1.36
2、制動電阻的選擇：
制動電阻的阻值大小以使制動電流不超過變頻器額定電流的一半為宜：
IB=UDR≤Ie2
從而得到 R≥2UDIe
式中：R-制動電阻
UD-變頻器內整流后直流側的電壓
Ie-變頻器額定電流
IB-制動電流
制動電阻的功率:
PB≥ΑBUD2R
式中：PB-制動電阻的功率
αB-選用系數
UD-變頻器內整流后直流側的電壓
R-制動電阻
αB的取值范圍約為αB＝0.3~0.5 因為在起重機中，吊鉤下降全過程的工作狀態屬于電動機的再生發電制動狀態，可以認為是長時工作制，因此選用：αB＝1.0
3、制動單元的選擇：
制動單元的功能是，當直流回路的電壓超過規定的限值時，接通能耗電路，使直流回路通過制動電阻釋放能量。制動單元的額定電流按正常直流側的電壓下流經制動電阻的電流的兩倍來選擇：
ICM≥2UDR
三、橋機的系統介紹
琿春電廠發電廠房有兩臺75t20t雙梁橋式起重機，平時兩臺橋機可以單獨運行，當需要抬吊發電機定子或抬吊別的大件重物時，兩臺橋機合并為一臺。在任何一臺橋機的司機室里，都可以控制兩臺橋機各機構的協調運行，并且也可以單獨控制對方橋機各機構的運行。因此電控系統采用了“PLC+變頻調速+MPI網”三級控制方案。
橋機的控制過程是通過聯動臺主令控制器檔位的數字量信號傳送給PLC，由PLC運算處理后，再由PLC模擬量輸出模塊輸出直流電壓信號(0～10V)給交流變頻器，通過交流變頻器內部的參數設定,輸出相應的速度, 各檔速度可在PLC中任意設定。
兩臺橋機電氣系統一樣，主要由主起升機構、副起升機構、小車運行機構、大車運行機構傳動系統、橋機操作控制系統等部分組成。
①起升機構
主起升機構由1臺YZPB（F）250M1-6 37Kw變頻電機驅動。副起升機構由1臺YZPB（F）225M-6 30Kw變頻電機驅動。采用ABB 公司專門為位能性負載設計的ACC800－01－0060－3、內置制動斬波器；調速為帶編碼器的閉環控制，調速范圍為1:10。
主起升速度： 0.18~1.8mmin；副起升速度： 0.68~6.8mmin。主令控制器分為四檔，上下各為10%、30% 60%、100%額定速度；起動、停止和各檔速度過渡平穩無沖擊，屬有檔位無級調速方式。
主、副鉤的操作手柄分別設在左、右聯動臺上，可實現主、副鉤的同時工作和副鉤協同主鉤傾翻或翻轉起吊構件的要求。
起升機構的電路原理圖如圖1所示：

起升機構的電路原理圖

②大、小車運行機構
大車運行機構有2臺YZPB（F）E132M2-4 6.3Kw變頻電機驅動，兩臺電機由一套變頻器控制；小車運行機構由1臺YZPB（F）E132M1-4 5.5Kw變頻電機驅動。大、小車運行機構屬位移性負載，所以采用ABB公司 ACS800－01-0025-3(大車)和ACS800-01-0011-3(小車)型變頻器調速。系統采用開環控制，調速范圍為1:10。
大車運行速度：3~30mmin；小車運行速度：1.8~18mmin。同起升機構一樣，系統采用主令檔位開關量通過PLC的處理，輸出模擬量給交流變頻器，再由交流變頻器輸出相應的速度, 各檔速度可在PLC中任意設定。大、小車主令檔位分為五檔，各檔速度為10%、30%、50%、70%、100%額定速度；同起升機構一樣也屬有檔位無級調速方式。大、小車運行機構的電路原理圖如圖2所示：

大、小車運行機構的電路原理圖

四、ABB交流調速裝置的現場調試
1、變頻器ACC800的主要參數的設置
①首先應選擇應用宏
ACC提供了兩個應用宏：CRANE和MF CTRL，CRANE宏為不帶主從總線功能的提升應用宏；MF CTRL為帶主從總線功能的提升應用宏，本機選擇CRANE宏。
②基本參數的設置
根據電動機的銘牌上額定電壓、電流、轉速、功率等設置99.5～99.9參數；也可以通過CDP312控制盤的FUNC功能鍵由啟動向導的英文提示一步步進行參數設定；參數設定好后，即可作電機的辨識運行。在電機與其驅動的設備無法分離時，99.10參數應選擇ID MAGN；在電機與其驅動的設備分離時，為了保證最好的控制精度，99.10參數應選擇STANDARD；根據ACC的特點，由10.1參數設定的制動應答數字輸入點一定要和實際接線相對應，此輸入點沒信號變頻器將無法啟動；
③其他參數的設置
組13（模擬輸入）、組14（繼電器輸出）、組20（極限值）、組23（速度控制）和組27（制動斬波器）等參數可根據實際需要設定；本橋機起升部分采用了日本渡邊脈沖編碼器，編碼器由組50參數進行設置，與之配合的參數98.1一定要設為RTAC-SLOT1,以激活脈沖編碼器，使之為可用。ACC800有兩種外部控制模式：FIELD BUS模式和STAND ALONE模式，本橋機采用外部開關量控制，因此64.1參數應選擇TRUE。
2、變頻器ACS800的主要參數的設置
橋機的大、小車運行機構采用ACS800變頻器、沒有編碼器的開環控制。參數設置比較簡單，99.4參數設置為DTC控制。根據電動機的銘牌將組99參數設置好后，即可作電機的辨識運行。電機辨識運行后，根據實際需要，對組10（起動停止方向）、組11（給定選擇）、組13（模擬輸入）、組14（繼電器輸出）、組20（極限值）、組21（起動停止）、組23（速度控制）和組27（制動斬波器）等參數進行設置，參數設置結束，整機變頻器參數的設置即告結束。
五、調試中出現的問題：
在生產制造廠內調試時，由于條件所限，調速裝置僅帶著電動機進行調試，沒有制動器。在調試主起升時，給定信號為零，電動機卻一直沒有停下來。ACC是專為起重機設計的，調速裝置在接到制動器閉合確認信號后，還要檢測速度信號，當速度信號為零時，經過延時，調速裝置才停止輸出。用人為的辦法將電動機抱死，一松開，電動機又繼續進行調整，調速裝置始終沒有停止輸出。檢查裝置時，發現電機轉速為零時，變頻器的速度顯示值還有一個很小的值。檢查電動機，發現傳感器的連接沒有固定好，因為震動等原因，使傳感器仍然有信號輸出。固定好后，上述現象消失。在調試副起升時，發現了同樣問題。檢查電機沒有問題，便考慮到編碼器是否有問題，更換之，一切正常。因此不帶機械制動的調試過程也是必要的。提醒同行，在現場調試時一定要注意變頻器的速度顯示值，如果制動器抱死后，變頻器的速度顯示值還有，立即查明原因，排除故障。否則，變頻器將有燒毀的危險。

結束語
ABB變頻技術的使用，解決了舊的調速系統所存在的故障率高、線路復雜、不能平滑調速、維護量大等弊病，同時也簡化了設計工作，使電氣控制性能上了一個新臺階。其可靠性和先進性是舊的調速系統所無法比擬的，并以其優越的性能價格比受到了用戶的歡迎。

參考文獻
1．ABB使用手冊
2．琿春電廠75t20t雙梁橋式起重機招標書


作者介紹：樓曉陽 男 1965年生 河南三門峽人
河海大學機械學院電子工程系畢業、工程師
工作單位：水利部杭州機械設計研究所
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