门座式起重机主要承担着扬子石化PTA的装船任务。其电气调速系统采用老式的绕线型异步电动机转子回路串电阻的调速方式。由于工作频率极高(持续率高于40%),经常发生接触器触头烧损粘连、过电流继电器误动作、损坏起动电阻、烧坏电动机绕组等故障。故决定对电气调速系统采用全变频调速技术。

1 变频器选型方案

选用ABB公司专用于提升机的变频器ACC600(ACS601)。该变频器采用先进的DTC控制方式,专用于起重机的提升机构。

起升机构、变幅机构的变频器容量按变频器额定输出电流INV择,即电动机额定电流的1.2~1.5倍选择。旋转机构(行走机构)的变频器容量按实际运行情况还应适当加大。由于ABB变频器制造厂已将变频器、制动单元和制动电阻配套好了,因此只需选用相对应的变频器型号即可。

2 控制方式

为了迎合操作人员在门座式起重机上的习惯性操作,我们采用了1台GE公司的90-30PLC加主令控制器的操作控制方式。考虑到ACS601变频器能存储2套独立的电动机参数和控制方式,而行走机构的4台电动机总功率和旋转机构的1台电动机功率相等,均为30 kW,因此在设计时将旋转机构和行走机构共用1台变频器,以旋转为主、行走为辅,通过2只接触器和1只转换开关进行选择控制。这样既节省了投资又符合行走与旋转机构不能同时动作的操作规定。故障监控系统采用PC监控机和触摸屏相结合,设计有动态数据监视(包括电动机电流、电压、转矩等)功能、历史数据和故障记录功能、各元器件的状态监视功能等。

3 系统控制

系统控制方框图如图1所示。

4 使用中出现的问题及解决方法

起重机在调试运行时,旋转机构变频器却经常出现过电流报警,而其他设备均运行良好。我们在经过现场仔细地观察和数据测量,发现过电流报警均出现在旋转机构起动过程中,而旋转机构起动后的运行过程是正常的,变频器上显示电动机运行电流在电动机额定电流以下,而电动机起动电流却达到额定电流的2倍左右。经过分析,我们认为旋转机构的机械惯性比较大,使得电动机的起动转矩加大,再加之工况要求旋转机构起动时间不能过长(变频器设置的电动机起动时间为3s),使得旋转机构电动机起动电流较大,达到电动机额定电流的2倍左右。ABB变频器ACS601的参数30.07(电动机电流最大极限)最大只能调整到电动机额定电流的1.5倍,因此变频器就出现了过电流报警。解决问题的方法:

(1)增大电动机的容量。但更换电动机需要更改起重机的大量机械设备,这样做不仅费用高,而且难度大。

(2)加大变频器容量。我们在选择变频器时考虑到了旋转机构的起动转矩比较大的因素,因此留出了足够的裕量。旋转机构的电动机选为30 kW ,变频器选择为ACS601-0070-3(一般可用于55kW电动机,额定电流112 A)。

于是我们将ABB变频器ACS601的参数99.06(电动机额定电流)由60A增大到80A,同时将变频器ACS601的参数30.07调到最大150%,这样电动机的起动过载系数就达到了2倍左右,既符合起重电动机起动过载系数不大于2.5的要求,也没有超出变频器的额定电流112A。同时,变频器的过电流报警问题也得到了解决,变频器对电动机的其他保护功能也没有被影响(注意:变频器中的电动机参数不提倡任意改变,只有在确认电动机和变频器容量足够大且工况允许的情况下,才能对某些参数微调,否则容易使电动机辨识和建模产生问题,并最终影响变频器的控制性能)。

5 使用效果

(1)采用变频型笼型电动机取代绕线型电动机,避免了因集电环、电刷和起动电阻方面引起的故障问题,提高了设备使用率并可节省大量的维修费用。

(2)主电路中接触器的数量由原来的20只减少到2只,采用变频器内部的电子过电流继电器,取代了传统的过电流继电器,避免了误动作,减少了故障点,提高了系统运行的可靠性。

(3)整机控制系统采用可编程序控制器(PLC进行控制,加装了故障监控系统,由PLC和GP2500触摸式图形显示器组成友好的人机界面,用图形和文字实时显示故障的位置和简单的处理方法,来监控各主要电气元件运行或停止的状态,提高了维修人员排除电气故障的效率。

(4)改善了电动机的起动特性和机械特性,整机运行更加平稳可靠,提高了系统的安全性。

6 应注意的问题

变频控制系、统不如原控制系统灵活,存在滞后现象。如果起重机动作频率很高且点动多,则因旋转机构起动惯性大,造成起动电流也很大,因此旋转机构仍可采用原绕线型异步电动机转子回路串电阻的调速方式,而其他机构采用变频调速系统综合效果会更好一些。若旋转机构也采用变频调速系统,则在变频器容量的选择时要留出足够的裕量。1台变频器控制多台电动机(如上面的旋转机构电动机与行走机构电动机共用l台变频器),变频器输出侧设置的电磁接触器,在设计外围电路时应避免在变频器输出时动作。