英威腾CHV190变频器在起重机中的应用

（10）起重机操作模式——方便、灵活

根据起重机不同的操作模式，为用户提供以下操作模式选择：操纵杆模式、遥控模式、电动电位器模式、分级操纵杆给定模式、分级遥控给定模式、通讯给定模式等。

3.2 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、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、抓斗等机构的交流无级调速。

4   变频器的选用

下面就起重机的起升、平移机构的变频器选用原则做以详细说明。

4.1起升机构

变频器的容量必须大于负载所需求的输出，即：

k PM

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。

4.2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。

5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PMR（PR为制动电阻的允许功率）。如果再生功率超过制动电阻的允许功率时，要重新考虑减速时间及负载惯量等。下面详细叙述设置制动电阻后，如何计算制动电阻的再生功率PM和电阻值RB。

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：

PMR＆PMDB

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 < RB < RB0

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。

（2）回馈制动

为了实现把制动状态的电动机再生发电能量向电网回馈，网侧变流器应采用可逆变流器。英威腾推出的能量回馈制动单元，它的网侧变流器与逆变器结构相同，采用一块具有PWM控制方式的电网电压识别板。由于采用了PWM控制技术，对网侧交流电压的大小和相位可以进行控制，可以使交流输入电流与电网电压同相位并接近正弦波，传动系统的功率因数大于0.9，回馈制动时有100%电网回馈能力，而不需要自耦变压器。

动力制动方式控制简单、成本低，但节能效果不如回馈制动。回馈制动方式虽然节能效果好，能连续长时制动，但控制复杂、成本较高。应该注意的是，只有在不易发生故障的稳定电网电压下，才可以采用回馈制动方式。对于采用滑触线供电的起重机，应特别注意防止滑触线电刷接触的间断，如果不能保证这一点，建议采用动力制动方式，以保证起升机构持续下降时调速制动的可靠性。

6   CHV190起重机专用变频器在门式起重机中的应用介绍

6.3   变频器的现场调试

6.3.1  提升变频器的调试过程

(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行，首先设定电机参数P2.00-P2.0５和编码器参数P4.00-P4.01,然后设定 P0.07为1进行电机参数自学习，见下表：

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 基本功能组、P1组 速度曲线组、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，坚持由低负载到高负载的步骤调试，同时注意观察变频器运行电流及电机运转状态。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。

6.3.2        大、小车调试过程

大、小车共用一台变频器控制，其中大车由六台7.5KW电机组成，在其中一台电机上安装好编码器；小车由两台22KW电机组成，也在其中一台电机安装好编码器。

6.3.3        参数切换控制的说明

a：P5.05设定为“电机切换（MEX）”，说明当S4 端子为off时，选择第1组电机；S4端子为on时，选择第2组电机；

b: P6.01设定为“电机切换输出”,说明选择Y1输出，当变频器接收“电机切换（MEX）”输入信号后，在100ms内完成电机切换，并输出“电机切换输出”信号到该输出端子；

6.3.4       参数自学习

在脱离电机轴与负载的情况下，分别学习好两组电机的参数。现在通过手动控制，使变频器分别拖动大、小车两组电机，大车电机将6个电机作为一个整体控制对象来看，这时设定的电机参数中电流与功率为6个电机之和。同理小车亦采用同样方法处理，如下表：

(1)小车设定的参数

(2)大车设定的参数

(3)其它参数的设定

P0组 基本功能组、P1组 速度曲线组、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。

6.4   大小车运行

抱闸时序控制调试以及带负载调试可以参照提升主机的方法进行。由操作台控制大小车切换动作，变频器自动切换两组参数拖动两组电机分别闭环运行。

7         结束语

随着电力电子技术的不断发展完善，交流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安全、可靠地运行。

起重机行业对变频器的性能、功能有着非常高的要求，英威腾公司通过深入的市场调研，开发出CHV190起重机专用变频器系列产品，通过不同用户现场实际运行，取得了良好的效果，并为自主品牌的变频器在高端行业应用开创了先例。。

参考文献：

1．INVT·CHV190变频调速器操作说明书［Z］·2008·

2．韩安荣·通用变频器及其应用［M］·机械工业出版社·2000·

3．段苏振·交流变频调速技术在门式起重机中的应用［J］·电气传动，2005，1·

4．段苏振·交流变频调速的电气制动方式［J］·机床电器，2004，3·

 关于英威腾：

英威腾，成立于2002年，致力于成为全球领先、受人尊敬的电气传动、工业控制、新能源领域产品与服务供应商，2010年在深交所A股上市。英威腾是国家火炬计划重点高新技术企业，总部员工1100多人，国内、外办事处30余个，控股子公司9家，业务涉及电气传动、工业自动化、新能源、轨道交通牵引、矿用防爆、能源管理、楼宇智能等领域。在基础业务变频器领域，英威腾占据国内领先地位，拥有覆盖高、中、低压通用及各行业专用丰富的产品系列，产品在市政、塑胶、油田、化工、冶金、纺织、机床、矿山等行业广泛应用，产品销售遍布全球60多个国家和地区。

更多详情，请访问深圳市英威腾电气股份有限公司官网:www.invt.com.cn