趙利萍

（天津天鐵冶金集團(tuán)運(yùn)輸部，河北涉縣056404）

變頻器在天鐵運(yùn)輸部起重機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

趙利萍

（天津天鐵冶金集團(tuán)運(yùn)輸部，河北涉縣056404）

對艾默生EV3000變頻器在天鐵運(yùn)輸部起重機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析，通過調(diào)整其控制參數(shù)、優(yōu)化控制工藝及變頻器的選定，有效地降低了起重機(jī)設(shè)備故障率，提高了工作效率，降低了勞動強(qiáng)度，保障了裝運(yùn)工作的正常運(yùn)轉(zhuǎn) 。

起重機(jī)；異步電動機(jī)；變頻調(diào)速；變頻器

1 引言

交流變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)界的廣泛應(yīng)用，為交流異步電動機(jī)驅(qū)動起重機(jī)大范圍、高質(zhì)量地調(diào)速提供了全新方案。交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于起重機(jī)后，與市場上大量使用的傳統(tǒng)繞線異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)相比，提高了裝卸作業(yè)的生產(chǎn)率、延長了起重機(jī)機(jī)械部分的壽命、降低了電能的消耗，并且變頻器具有完善的保護(hù)、監(jiān)測及自診斷功能，如再結(jié)合PLC控制，可大幅度提高變頻起重機(jī)電控系統(tǒng)的可靠性。

本文講述了艾默生變頻器的工作原理，以及在天鐵運(yùn)輸起重機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用過程。針對實際工作中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析并提出了處理措施。該系統(tǒng)的實施不僅使系統(tǒng)的安全可靠，而且提高了起重機(jī)的作業(yè)率，降低了起重機(jī)設(shè)備故障率。

2 變頻器調(diào)速技術(shù)

2.1 變頻調(diào)速原理

由三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速公式n=60f（1-s）/p可知，當(dāng)極對數(shù)p、轉(zhuǎn)差率s不變時，電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子電源頻率成正比，因此，連續(xù)改變供電電源的頻率，就可以連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣、調(diào)速平滑性能好，可以方便地實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒功率調(diào)速等優(yōu)點，得到了廣泛應(yīng)用。

變頻調(diào)速是以變頻器向交流電動機(jī)供電。變頻器是把固定電壓、固定頻率的交流電變換成可調(diào)電壓、可調(diào)頻率的交流電變換器，是異步電動機(jī)變頻調(diào)速的控制裝置。變頻器從整體結(jié)構(gòu)形式上可分為交-直-交型和交-交型兩大類。翻車機(jī)改造采用交-直-交型變壓變頻器，它首先通過整流電路將電網(wǎng)的交流電整流成直流電，再由逆變電路將直流電逆變?yōu)轭l率和幅值均可調(diào)的交流電。交-直-交變壓變頻器主電路見圖 1。

2.2 變壓變頻調(diào)速技術(shù)特點

變壓變頻調(diào)速是改變電動機(jī)定子電源的頻率、電壓，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。其特點為：效率高，調(diào)速過程中沒有附加損耗；應(yīng)用范圍廣，可用于籠型異步電動機(jī)；調(diào)速范圍大，特性硬，精度高；技術(shù)復(fù)雜，造價高，維護(hù)檢修困難。

圖1 交-直-交變壓變頻器主電路

3 變頻器常見問題處理

3.1 變頻器的選定

天鐵運(yùn)輸部起重機(jī)主起升、大車、小車均采用YZB系列變頻起重電機(jī)，型號分別為YZB355M-8、YZB200L-6、YZB160M2-6。變頻器的選型滿足以下條件：電壓等級與控制電機(jī)相符；額定電流為控制電機(jī)額定電流的1．1～1．5倍；根據(jù)被控設(shè)備的負(fù)載特性選擇變頻器的類型。

EV3000系列變頻器具有電機(jī)參數(shù)自動調(diào)諧、零伺服控制、速度控制和轉(zhuǎn)矩控制在線切換、轉(zhuǎn)速跟蹤、內(nèi)置PLC、內(nèi)置PID控制器、編碼器和給定及反饋信號斷線監(jiān)測切換、掉載保護(hù)、故障信號追憶、故障自動重、內(nèi)置制動單元、內(nèi)置PG接口、28種故障監(jiān)控、豐富的I/O端子，能滿足各類負(fù)荷對傳動控制的要求。

根據(jù)各電機(jī)額定功率，分別選擇EV3000-4T2000G（主起升）、EV3000-4T0750G（大車）、EV3000-4T0150G（小車）。起重機(jī)控制回路和變頻器參數(shù)設(shè)定見表1。

3.2 變頻器故障現(xiàn)象及分析處理

3.2.1 上電緩沖電阻燒損

（1）現(xiàn)象：供電線路安裝及調(diào)試過程中，發(fā)生送電瞬間跳閘后無法送電的現(xiàn)象。

（2）分析處理：根據(jù)現(xiàn)象首先對變頻器外部供電部分進(jìn)行檢測，未發(fā)現(xiàn)問題，其供電斷路器MCCB接觸壓達(dá)到一定值時，令變頻器內(nèi)部接觸器吸合后，將緩沖電阻斷掉，以實現(xiàn)對濾波電容的保護(hù)。分析故障原因可能為上電瞬間直流部分過流引起上電緩沖電阻燒損。在排除了直流部分的主要部件燒損的可能性后，在檢查與直流部分并接的制動部分時發(fā)現(xiàn)其制動單元進(jìn)接線接反，致使直流部分正負(fù)兩極短接。在恢復(fù)接線后，更換上電緩沖電阻并送電調(diào)試，變頻器恢復(fù)正常工作。

3.2.2 三相輸出端接地短路

（1）現(xiàn)象：主起升無動作，變頻器顯示屏顯示故障代碼E010。

表1 變頻器參數(shù)設(shè)定

（2）分析處理：經(jīng)現(xiàn)場檢查，控制盤供電正常，無跳閘現(xiàn)象，手動給定液壓制動器工作良好。查閱廠家使用說明書，其故障類型為功率模塊（功率模塊包括整流電路、逆變電路、三相輸出電路及驅(qū)動電路和制動電路等）故障。故障可能原因：①變頻器瞬間過流；②變頻器三相輸出相間或接地短路；③變頻器通風(fēng)不良或風(fēng)扇損壞；④功率模塊橋臂直通。

首先，檢查變頻器外部供電是否正常。打開機(jī)箱后發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部通風(fēng)良好，溫度正常，之后檢查其內(nèi)部元件，檢測主電路器件是否有損壞。具體方法是：用萬用表電阻1K檔，分別測量三相輸入、三相輸出端與直流端電阻，其阻值在5 kΩ左右，三相阻值要相等，輸出端比輸入端要略小些，并且沒有充放電現(xiàn)象。經(jīng)查內(nèi)部元件均未損壞，沒有發(fā)生元件擊穿引起瞬間過流的可能行。因此，懷疑故障原因是相間短路或接地引起的過流或功率模塊橋臂短路，再分別檢測各橋臂相間及接地阻值時發(fā)現(xiàn)三相輸出接線處對地短接，分析是此處接地引起的過流故障。處理后，送電運(yùn)行，變頻器恢復(fù)正常。

3.2.3 制動單元故障

（1）現(xiàn)象：主起升變頻器報故障E005，詢問操作人員設(shè)備運(yùn)行情況，在設(shè)備運(yùn)行停車時產(chǎn)生跳閘（即故障），再次給運(yùn)行設(shè)備運(yùn)行正常，但停車時跳閘時有發(fā)生。其故障類型為變頻器減速運(yùn)行過壓，可能的故障原因：①減速時間設(shè)置過短（包括調(diào)諧過程）；②負(fù)載勢能或慣性量較大；③輸入電壓異常。

（2）分析處理：先檢查輸入電壓，三相間均為380 V，排除輸入電壓異常的可能性，然后調(diào)取操作面板內(nèi)存儲數(shù)據(jù)，其減速時間設(shè)置為5 s，比對產(chǎn)品使用說明書設(shè)置屬正常范圍，而機(jī)械制動裝置也沒有問題，排除了減速時間設(shè)置過短或負(fù)載勢能或慣性較大的故障原因。由于故障發(fā)生在停車時，而制動單元的工作原理是當(dāng)工作機(jī)械設(shè)備要求快速制動，而在所要求的時間內(nèi)，變頻器再生能量在中間環(huán)節(jié)電容器所規(guī)定的電壓范圍內(nèi)無法存儲，或者內(nèi)接的制動電阻來不及消耗掉，而使直流部分過壓時，通過外接制動組件加快消耗再生電能的速度，其故障可能引起主線路制動停車時過壓。故障起重機(jī)的主起升變頻器制動部分由4組外接制動單元與外接制動電阻組成。送電試車，并分別測量各制動組（制動單元與制動電阻）。在測量3號制動單元時發(fā)現(xiàn)輸出端無電壓，由此可判斷這個制動單元損壞。而故障原因為制動單元損壞引起直流部分停車時過壓。更換制動單元后，設(shè)備恢復(fù)正常。

3.2.4 接口板接口故障

（1）現(xiàn)象：起重機(jī)主起升無動作，變頻器能夠正常啟動，但頻率未上升，維持在1.85 Hz。

（2）分析處理：懷疑是頻率給定信號問題，在確認(rèn)供電正常的情況下，上電操作，PLC的檔位信號正常，可見不是信號問題。之后懷疑變頻器參數(shù)問題，依次檢查參數(shù)，其最高頻率上限頻率都為50 Hz。最后懷疑問題發(fā)生在閉環(huán)回路上，將運(yùn)行方式設(shè)置為開環(huán)運(yùn)行后，設(shè)備各擋位運(yùn)行正常。開機(jī)后檢查接口板閉環(huán)信號接收電路，其供電與接地均正常。懷疑其信號采集電路損壞，由于其集成度較高，我們直接更換了接口板。更換后重新上電操作，變頻器恢復(fù)正常。故障原因為閉環(huán)回路斷路，閉環(huán)檢測電路檢測不到電機(jī)啟動而無法給定更高頻率。

通過對變頻器故障實例進(jìn)行分析并處理，為今后變頻器的檢修提供了實踐經(jīng)驗，同時有效地降低了起重機(jī)設(shè)備故障率，提高了其作業(yè)效率，保障了裝運(yùn)工作的正常運(yùn)轉(zhuǎn) 。

4 結(jié)束語

通過起重機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)，不僅滿足了橋式起重機(jī)的工藝要求，而且克服了傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)存在的許多問題，同時還可以通過變頻器參數(shù)設(shè)置很多保護(hù)功能，使系統(tǒng)實現(xiàn)了過電壓、過電流、欠電壓等多重保護(hù)，使系統(tǒng)工作更加安全可靠。通過對變頻器故障實例進(jìn)行分析并處理，為今后變頻器的檢修提供了實踐經(jīng)驗。

Application of Frequency Converter to Crane Control System of Tiantie Transportation Division

ZHAO Li-ping
(Transportation Division of Tianjin Tiantie Metallurgy Group,She County,Hebei Province 056404,China)

The paper analyzes the problems occurring in Emerson EV3000 frequency converter during the operation process of crane control system of Tiantie Transportation Division.Control parameters are adjusted and control process and frequency converter selection optimized.Crane failure rate is effectively lowered with improved working efficiency and reduced labor strength.The normal running of loading and transportation work is ensured.

crane;asynchronous motor;VVVF;frequency converter

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.06.012

2014-06-12

2014-06-20

趙利萍（1980—），女，主要從事冶金產(chǎn)品吊裝控制技術(shù)管理工作。