变频器提升类负载及相关应用

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变频器提升类负载及相关应用

今天和大家谈谈变频器驱动提升类负载的相关问题。提升类负载实际上是位能性恒转矩负载的一种通俗说法,大家都能直观想到这类负载的实际应用场所,比如:起重机的主钩副钩,卷扬机、电梯,扶梯,堆垛机升降机构,矿井罐笼,上料小车,斗提机,塔机,港口的装卸桥,门机,车厂的搬运设备等等。

之前我们曾经介绍过机械负载的分类,其中包含位能性恒转矩负载,这里再次回顾一下这种负载类型的特点:
1、 负载转矩恒定。
2、 负载转矩方向始终向下。
3、 特性曲线位于第一、第四象限。
4、 重物下放,存在能量回馈情况。

针对这种负载特性,无论哪个行业,什么工况的提升机设备,对于变频器和电机构成的电气传动系统来讲,最核心的两个问题就是:
(1) 位能的处理
(2) 抱闸的控制

一、位能的处理

1、重物下放过程中能量的转换过程

a.重物下放时,重力势能转化为动能。

b.重物通过钢丝绳、减速机等机械机构反拖电机(电机转子速度超过变频器输出的速度),使得电机处于发电状态,重物所具有的动能转化成电能。

c.电能通过变频器逆变桥中的二极管流向直流回路。

d.由于直流环节的电容容量所限,电能不可能无限制地被吸收。

2、直流环节电能的处理:

a.如果变频器配备了制动单元和制动电阻,可以通过CU单元控制制动单元的开通将制动电阻接入,使电能转换成电阻发热的热能。

b.如果变频器的整流桥具备能量回馈功能,可以通过CU单元控制整流单元,将能量回馈到电网。

c.电机回馈能量的及时处理, 确保变频器不发生过电压故障。

d.直流环节的电能是通过发热消耗掉还是回馈电网再利用,需要综合考虑设备的工况和变频器的投入预算。

二、抱闸的控制:

电机抱闸的控制,西门子变频器提供了抱闸控制方式,比如顺序控制,通过BICO互联参数进行控制。当电机的控制方式为矢量控制时,开闭抱闸条件为设定输出扭矩的门限值;如果电机的控制方式为V/F方式,开闭抱闸条件设定为速度的百分比。

对于西门子的S120、G130、G150系列变频器,还提供了扩展抱闸功能,扩展抱闸的控制功能更强大一些,可以加入一些更复杂的状态参量去控制抱闸。

当然电机抱闸的控制也可以用外围的PLC进行控制。

三、提升类负载变频器调试注意事项

1. 抱闸逻辑的调试、打开关闭延时时机的调试(P1216,P1217)。

2.多个变频器控制多个电机的系统,抱闸的动作需要一致。

3.抱闸线圈不允许接到变频器的输出,需要正确接到相应电源上。

4.制动单元、制动电阻参数正确设置。

5.制动电阻工作过程中会发热,需保证制动电阻周围有足够的散热空间。

6.速度环优化、考虑加速度预控。

7.各种限幅保护,比如转矩、电流、功率等。

8.对于载客人电梯,需要考虑舒适度,可以增加圆弧曲线;增设称重传感器,进而调整速度环PI参数。

9.这类负载通常需要带载启动,要求变频器能够在低频输出大的扭矩,需要调整低频补偿电压。

10.通常提升类应用,在轨道上或者钢丝绳滚筒上,都会设置极限、超极限保护,系统超速保护、钢绳过卷保护,防止重物冲顶或者坠底。

11.对于垂直载人电梯,设置机械电气的多重保护,比如机械限速、超重、井道安全钳等。

四、提升类负载常见问题及处理

1、 溜车:需要检查抱闸延迟时间,开闭抱闸的扭矩,或者外围控制抱闸的逻辑,抱闸的机械执行机构是否有问题。

2、 过流:抱闸打开过晚,电机处于堵转状态;重物由悬停状态进行二次起升时抱闸打开过早,重物开始下落,电机的输出扭矩不足以克服重物向下的扭矩,电机降速过程中抱闸投入过早;提升重量超过额定负载;速度环参数不合理。

3、 过压:可能制动电阻功率不够,或者参数设置不合适。

4、制动电阻发热严重: 检查电阻功率选择,是否满足负载回馈功率的峰值及平均功率的曲线,是否满足电阻本身负载的重复周期。

制动模块和制动电阻的负载曲线请参考下图:

本文来源:变频器提升类负载及相关应用

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