起重机变频调速控制系统的设计与研究

作者： 张卫峰

来源：《科技创新导报》 2012年第25期

张卫峰

(青海省特种设备检验所 青海西宁 810000)

摘 要:随着电子技术、计算机技术及自动控制技术的不断发展,电气设备自动化控制要求逐渐提高,变频调速控制系统的应用越来越广泛。20世纪90年代初期,国内起重机变频器调速控制系统开始试行。由于变频调速控制系统具有优异的调速和启制动性能,而且高效率、高功率因数和有效节电,逐渐被国内外公起重机主机厂及广大客户所接受。随着变频调速技术的不断发展,各生产厂家对高性能变频器的研究也不断进行。目前,在起重机运行期间变频调速系统仍会出现一些故障。为了更好的解决这些故障,进一步完善起重机变频调速控制系统的设计,本文将分析变频调速控制系统出现的故障的一些原因,并进一步探讨科学、合理化的解决措施。

关键词:变频调速控制系统 控制系统的 设计 研究

中图分类号:TH21;TM921.5 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)09(a)-0068-01

1 变频调速控制系统的发展趋势

在很长的一段时间内,直流调速系统由于便于控制,具有良好的静动态性能,应用较广。然而,直流调速系统在某些方面也存在很大的局限性。例如直流调速系统结构复杂,制造流程消耗时间很多,而且需要在一定的环境中才能够发挥其最大的功能,其中电刷极易受到磨损,使其在维护方面需要花费很多的人力物力财力。以上这些问题都很大的了直流调速系统的使用和推广,而这些问题恰恰是交流电机可以避免的。交流电机结构简单,制造消耗时间相对较短,而且对运行环境要求不高,成本低廉,坚固耐用,在维护方面也相对容易得多,一经推出,在工业领域起重机领域都受到了众多厂家的欢迎,得到了广泛的应用。而随着经济的发展,变频器发展也不断进步,也意味着变频调速系统正逐步取代直流调速成为调速领域的先行者。

2 目前起重机变频调速控制系统存在的问题

2.1 变频调速控制系统干扰其他设备正常运行

变频器的整流电路和逆变电路在一定的情况下均会产生谐波。对于逆变电路来说,其输出的电压波形是矩形波。由于变频器调制频率与谐波频率的高低有关,即变频器调制频率越低,高次谐波产生的频率越大,人们所能听到的电磁噪声越大,相反,变频器调制频率越高,高次谐波产生的频率越低,此时人们已经听不到电磁噪声,但是高频信号仍然是客观存在的,对于电子设备还是会造成一定程度的干扰。在谐波产生时,由于功率较其他设备大,所以干扰的程度也相对比较大。其干扰途径与其他电磁干扰途径类似,都是传导、辐射、耦合等。其中变频器产生的谐波干扰主要属于传导干扰,产生的电磁噪声直接对驱动的电动机进行干扰,对于铜铁等金属损害严重。

2.2 变频器使电网发生畸变

由于变频器的整流电路以及逆变电路的组成部件皆是非线性器件,且形成的电路结构对于电网来说有很大的,即可能会导致电网的电压电流波形产生畸变。其中三相交流电交流电转换为直流电需要三相桥式整流电路的参与,然后通过电解电容滤波,从而使直流电压维持稳定的状

态。但是由于电路结构产生的畸变却不能消除,对于起重机的运行以及变频器的正常运行都有很大的影响。

2.3 容易产生静电

起重机的变频调速系统可以提高驱动负载类的电动机运行速率,在节能方面起着很大的作用。随着电子技术的不断进步,变频调速系统也逐渐完善。在起重机运行的过程中,静电的干扰仍是一项有待解决的重要问题。在以往的研究中可以看出,静电放电是造成变频调速系统核心控制器工作失常或功能失效的一项主要的原因。在技术不断进步的时代,变频器控制系统内部电路也越来越复杂,静电带来的危害也越来越明显。它降低了用电设备的运行效率,使得起重机在运行过程中频繁出现故障且维护时需要时间很长,对于项目的完成有着极大的影响。

3 起重机运行问题的解决方案

3.1 接地线防止变频器干扰其他设备

由于变频器在运行时容易产生谐波影响其他设备的正常运行,所以在使用大容量的变频器时,需要将专用的变压器连接到高压系统上面。在通常情况下,最普遍的抗干扰方式是将公用的线路接地。从根本解决谐波问题需要将动力线接地与控制线接地分离开来,即将动力线接地,将控制线接到动力装置的金属外壳上。在干扰电流靠近信号线时,干扰会被连接到信号线上,导致信号线上的信号受到干扰,但是对于其他设备的干扰将降低。在起重机运行时,往往把高压线缆、动力线缆等与计算机电缆分开布线。一般情况下,变频器通过有源补偿器自动产生反方向的滤波电流来使电源和负载中的正向谐波电流得到消除。除此之外,变频器本身制造也比较坚固牢靠,通常用铁壳作为屏蔽,在与其他弱电信号连线时分开铺设,对于周围的电子设备进行屏蔽,以免受到谐波的影响。还可以通过配置滤波器减少电磁噪声的产生。

3.2 准确接线防止电网畸变的发生

变频器电路结构导致的电网畸变在实际运行中时有发生。由于整流电路所用的二极管是由非线性器件构成,在整流后输出电压同时向滤波电容充电,其中整流电压和电容之差决定了充电电流的波形,充电完毕后由变频器输入电压和电流对波形进行检测。在变频器各相线的输入电压均为正弦波时,其输入电流并不是正弦波。而当变频器的工作状态处于不同频率、不同电流时,其输入的电流波形也会有所改变,在电动机的频率和电流增加的情况下,输入电流也会由断续状态转变为连续状态,使得电网的波形畸变也越来越小。

3.3 增强变频器抗静电干扰能力

静电干扰是影响起重机正常运行的一项重要因素。其中增强变频器抗静电干扰能力主要方法有:其一,将线路接地的方法,使控制器内产生的静电电荷传入大地从而变频器不受静电干扰。其二,使环境保持在一定的湿度下,使得静电电荷自动消失于绝缘体上。其三,对控制器进行屏蔽,组织电弧的扩散,使设备免受静电的影响。

总之,随着经济的发展,起重机的变频调速控制系统发展也比较迅速。虽然发展方向比较高,且受到各方面的诸多,但是在各方面的积极配合下,我国起重机技术水平仍然稳步提高。总的来说,变频控制系统结构简单且可靠性极高,其维护方面也比较容易,在市场上将逐渐占据主导地位。

参考文献

[1] 29.

[2] 62-.

[3]

[4] 56-62.

[5] 116.

[6]

[7]

姚锡禄.变频器控制技术与应用［M］.福州:福建科学技术出版社,2005(2):25-

曹玲芝.起重机变频调速控制技术的研究现状及趋势[J].微电机,2008,41(3):

李晓峰.变频调速系统在起重机上的应用[J].科技咨询导报,2007(16):48-49. 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,2005,35(1):

肖倩华,廖世海.现代交流调速技术的应用和发展[J].科技广场,2005(2):114-

孟宪军.变频调速技术的现状与应用[J].佳木斯大学学报,2007,25(1):38-40. 汪明.网络化控制变频调速系统[M].北京:中国电力出版社,2006(3):38-41.