1,起升机构

变频器的容量必须大于负载所需求的输出,即:

kPM

P0[KVA]≥————

ηcosφ

式中k——过载系数1.33

PM——负载要求的电动机轴输出功率,kW

η——电动机效率

cosφ——电动机的功率因数

起升机构要求的起动转矩为1.3—1.6倍的额定转矩,考虑到需有125%的超载要求,其最大转矩需有1.6—2倍的额定转矩,以确保其安全使用。对于拖动等额功率电动机的变频器来说,可提供长达60秒、150%额定转矩的过载能力,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:

ICN≥kIM

式中k——电流波形修正系数(PWM调制方式时取1.05—1.1)

ICN——变频器额定输出电流,A

IM——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,为了提高低速传动时的动态特性和高转矩输出能力,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台电动机精确的转矩平衡分配和2个起升机构的速度同步。

2,平移机构

起重机的平移机构分大车机构和小车机构,两种机构一般采用多台电动机传动方案。由于起重机平移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,因此起重机平移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:

PM≥Pj+Pa

由于平移机构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,还要满足以下公式:

ICN≥knIM

式中k——电流波形修正系数(PWM调制方式时取1.05—1.1)

ICN——变频器额定输出电流,A

IM——工频电源时单台电动机的额定电流,A

n——一台变频器拖动的电动机数量

由于在变频器“一拖多”通用U/f开环频率控制方式中,变频器提供的电子热继电器保护功能无法实现对单台电动机的过载保护,为此在每台电动机回路中串入带有热过载保护功能的低压断路器,以实现对单台电动机的过载保护,电动机故障信号取自低压断路器的辅助触点。

3,再生能量的处理

当采用变频器传动的起升机构拖动位能性负载下放或平移机构急减速、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。若不采取必要的措施,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。①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;②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型能量回馈单元的具体参数可参见说明书。

下面对这两种制动方式做以详细介绍。

(1)动力制动

动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,其动力制动能力取决于制动电阻的允许功率。因此,计算再生功率PM时,必须满足PM

①计算再生能量EM

②计算再生功率PM

PM=EM/t0

式中PM——制动期间电机产生的有效再生功率,W

EM——机构急减速及下降时的再生能量,J

t0——制动周期时间,S

③选择合适的制动单元/制动电阻组合

选择合适的制动单元/制动电阻组合,必须满足下列条件:

PM

式中PM——制动期间电机产生的有效再生功率,W

PR——制动电阻的允许功率,W

PDB——制动单元的允许功率,W

当计算的PM>PR时,表明超出了制动电阻的处理能力,需重新核算负载惯量和减速时间。

④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:

VC2

RB0=——————————

1.027(TB-0.2TM)n1

式中VC——变频器中间直流回路的电压(约为700V),V

TB——制动转矩,kg·m

TM——电动机额定转矩,kg·m

n1——电动机开始减速时的速度,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应满足以下条件:

RMIN

上述选型是建立在精确的计算基础上,在实际工程中如果精确的计算数据不能取得,也可按下述给出的经验公式选型。

①起升机构的再生功率PM

PM=Pb×ηtotal

ηtotal=ηmec×ηmot×0.98

上式中,Pb为实际的负载再生发电功率,ηmec为机械效率,ηmot为电机效率。

②制动电阻RB0的近似计算

VC2

RB0=——

PM

由于平移机构属于摩擦负载,其制动单元和制动电阻可按变频器的标准配置。