呜呜呜我为我

变频调速控制系统在门式起重机上的应用

铁道部专业设计院机动处　刘庆德

　　提　要　介绍矢量控制的高频调速闭环系统在起重机上的应用。　　关键词　起重机　变频调速　矢量控制

　　目前,门式起重机已广泛应用于各种货场

及码头等场所。大部分门式起重机采用交流拖动及传统的控制方式,但在不同程度上存在着消耗功率大、效率低,低速起动力矩小、制动力矩小、速度不太稳定、线路复杂和可靠性、安全性较差的缺点。近几年来,某些国家研究的交—交变频矢量控制调速系统,力图解决低速起动力矩和制动力矩偏小的问题。但由于技术尚未成熟,实际使用中系统的稳定性、可靠性及安全性仍较差;而采用日本三菱公司新型的FR —A240系列和FR —A241系列的矢量控制交—直—交变频器和可编程控制器(PLC)组成的控制系统。其调速性能可完全满足起重机的调速要求。由于采用了矢量控制方式,从而使该系统具备了平滑调速、起制动力矩大、能量回馈和顺序控制等功能,该起重机的电控系统达到了国际先进水平。1　矢量控制

矢量控制是模拟直流电动机的控制特点来控制异步电动机,也就是通过矢量变换将定子电流矢量分解成物理上不直接存在的转矩电流和励磁电流,再对这两个量分别进行控制,最后再进行反变换,从而实现对异步电动机的控制。

从产生电磁转矩的角度来看,异步电动机转矩公式为:

T =C T 5m I 2cos U 2(1)

可见它是气隙磁通5m 和转子电流的有功

分量I 2cos U 2相互作用而产生的。从异步电动机的向量图(图1)中可知,异步电动机转子绕组的总磁链72=7m -72L 和转子电流I 2相互垂直。而且52=cos 5m ,把它代入(1)式则得到:

T =C T 5m õI 2cos U 2=C T õ52õI 2

(2)

72—转子磁链;7m —气隙磁链;I 1—定子电流;I 1T —I 1的转矩电流分量;I 1M —I 1的励磁电流分量;I ′2—转子电流;E 2—转子电势;U 2—转子功率因数角。

图1　异步电动机相量图

　　其中5m 对应于磁链7m ,52对应于72。由此可见,如果设法保持转子磁链72恒定(即保持转子磁通52恒定),那么电动机的转矩T 就和转子电流I 2成正比。控制转子电流就能控制电动机的转矩T ,从而能使系统拥有较好的动态特性,这就是按转子磁链定向的矢量控制方法的基本思想。

电动机转子磁链为:

72=L 12/(1+S 2PI 1m )(3)

式中　L 12——定转子绕组互感;

　S 2

——L 22/R 2转子绕组的时间常数;　L 22——转子绕组的漏感;　R 2——转子绕组的电阻;　P

——为算子。

从式(2)和(3)式可知,转矩和磁链是与电机参数有关,在实现矢量控制之前必须测定转子电阻,互感和漏抗,而这些参数可通过电机空载和短路试验中获得,由于现场并不具备做这些试验的条件,需利用变频器的特殊功能,在电机静止时自动测定电机参数,再经过内部自动

96铁道标准设计　　　　　　　　　　　　　　　　

1999年8、9期