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    變頻器溜鉤預防在起重機上的應用
    • 產品名稱: 變頻器溜鉤預防在起重機上的應用
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    • 產品簡介:武漢起重機,武漢起重機維修電話13403732777
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    產品介紹:

    變頻器溜鉤預防

    1 引言
    任何設備在使用過程中,都免不了發生故障,變頻器及其外配器件也不例外。由于變頻器的外配器件在一般變頻器的經銷公司中常常沒有備件,某些進口變頻器配件在國內的備品也較少。因此,要買到配件常常需要時間。而生產單位總是希望停機時間不要太長,使生產不受影響或少受影響。
    起重機械在起吊重物時,以及礦山坑道的運輸小車在輸送礦石時,如果變頻器一旦跳閘(有時是誤動作),容易出現溜鉤或下滑現象,有可能產生嚴重后果。
    遇到這些情況,有必要采取應急措施,能夠臨時性地維持生產,或避免發生意外。筆者最近為一些讀者提供了幾個應急方案,效果良好,介紹如下。

    2 制動電阻燒壞了怎么辦?
    2.1 概述
    變頻器說明書中提供的制動電阻的容量,是針對一般降速時計算的。如果起動和停機特別頻繁,或在重力負載向下運行時,制動電阻常常因容量太小而燒壞。
    一般情況下,制動電阻可以用電爐絲或其他電熱設備中的發熱元件來代替,如圖1所示。由于電爐絲的額定電壓通常是220V,而處于再生制動狀態的直流回路的平均電壓約為650V,故電爐絲應以三組串聯為宜。

     

    1 自制制動電阻

     

    2.2 發熱元件電阻值的計算
    發熱元件的額定數據只有兩個:額定功率和額定電壓。
    上述數據是在發熱狀態下的數值。根據額定數據,其熱態電阻值可計算如下:

    RE─發熱元件的熱態電阻,Ω
    總體來說,制動電阻并不處于連續工作的狀態。接入電路的時間通常是斷續的。因此,發熱元件作為制動電阻使用時,其實際溫度達不到電熱設備的溫度。所以,由式(1)計算出的熱態電阻值,與冷態或溫態時的電阻值相比,略微偏大一些。因為電熱設備的工作溫度一般在200℃以內,熱態電阻與冷態電阻的差別并不很大,故式(1)的計算結果是可用的。各種規格發熱元件的電阻值如表1所示。
    1

    2.3 計算實例

    今以某37kW電動機為例,說明書中的原配制動電阻是20Ω/5kW
    在再生制動過程中,直流電壓的平均值以650V計,則制動電阻接入電路時消耗的功率是:

    對于起動與制動比較頻繁的負載,以及對于向下運行的重力負載來說,上述修正系數顯然是太小了。

    用發熱元件代替的方案可有多種,例如,用92kW的發熱元件串、并聯來代替,如圖1所示。則:
    (1)
    合成熱態電阻的大小為
    RB′24.2Ω
    冷態電阻值接近于20Ω
    (2) 總的額定功率
    PB′18kW
    修正系數增大為:


    應該說,制動電阻的容量已經足夠了。

    2.4 安裝要點
    在安裝多個發熱元件時,應注意以下問題:
    (1)
    注意發熱元件的散熱問題,即各發熱元件之間應相隔一定距離;
    (2)
    發熱元件與變頻器之間,應保持一定的距離,以免所產生的熱量影響到變頻器。

    3 制動單元損壞了怎么辦?
    3.1 制動單元的功能及其構成
    制動單元BV的功能是:當直流回路的電壓UD超過規定的限值UDH時,接通能耗電路,使直流回路通過制動電阻RB釋放能量。其基本構成如圖2的虛線框所示,分述如下:


    2 制動單元框圖

    (1) 功率管VB

    用于接通與關斷能耗電路,是制動單元的主體。
    (2) 電壓取樣與比較電路
    由于功率管VB的驅動電路是低壓電路,故只能通過電阻RS1RS2進行分壓,按比例取出UD的一部分US作為采樣電壓,和穩定不變的基準電壓UA進行比較,得到控制功率管VB導通或截止的指令信號。基準電壓UA的大小應與限值UDH成比例。
    (3) 驅動電路
    驅動電路用于接受比較電路發出的指令信號,驅動VB導通或截止。
    導致直流回路電壓超過限值的場合主要有兩種:
    l
    快速停機
    如果負載的慣性較大,而要求的停機的時間又較短,則在頻率下降過程中,電動機轉子的轉速將跟不上同步轉速的下降,導致變頻器中直流回路的泵升電壓增大,需要通過制動電路來放電;
    l
    具有重力負荷的負載
    向下傳輸物品的帶式輸送機、下行的電動扶梯、起重機械等,在向下運行時,由于物體具有重力加速度的原因,使電動機的轉速因超過同步轉速而處于再生制動狀態。因為在運行的全過程中,電動機一直在發電,必然使變頻器中直流回路的電壓不斷上升,需要通過制動電路來放電。

    3.2 降速過程的應急措施
    導致制動單元損壞的原因可能有多種,但常見的主要有兩種:
    (1)
    與制動電阻的阻值匹配不好而燒壞功率管;
    (2)
    制動單元內部的開關電源損壞,導致功率單元也損壞。
    制動單元一般難以自行修復。作為臨時的應急措施,制動單元中的開關器件可以用三相交流接觸器來代替,其框圖如圖3所示。這時,接觸器的三對觸點必須串聯,原因如下:


    3 用接觸器觸點代替制動單元

    (1) 耐壓的考慮
    交流接觸器觸點的額定電壓是500V,而直流電壓則大于500V。串聯以后,耐壓可達1500V,具有較大裕量;
    (2)
    滅弧的考慮
    直流電路在接通和斷開過程中的電弧比交流電路嚴重得多。將三對觸點串聯以后,可以起到分割電弧的作用,有利于滅弧。

    3.3 接觸器的選擇
    (1) 主觸頭的額定電流
    考慮到接觸器有可能比較頻繁地接通和斷開,故主觸頭的額定電流應適當地選大一些,一般說來,可按制動電流的(1.52)倍進行選擇:
    IKN≥(1.5
    2)IB (2)
    式中,IKN─接觸器觸點的額定電流,A
    上例中,制動回路的平均電流約為:


    由式(2):
    IKN≥(1.5
    2)×32.5(48.7565)A
    選  IKN60A
    (2) 接觸器的線圈電壓
    與控制柜中的控制電壓相同即可。
    3.4 接觸器的控制方法
    (1) 起重機械
    由控制吊鉤下行的接觸器的輔助觸點或通過中間繼電器KB來進行控制。使吊鉤在每次向下運行時,制動回路就處于放電狀態。
    (2) 頻繁起、制動的機械
    由停機按鈕通過中間繼電器KB來進行控制。使生產機械在每次停機時,制動回路就處于放電狀態。
    必須說明,上述方法只能作為應急措施臨時使用。如長期使用,則可能造成電能的浪費。
    3.5 YAB-Ⅱ型制動單元
    宜昌市自動化研究所針對上述需求,專門開發了YAB-Ⅱ型制動單元,如圖4所示。主要特點如下:


    4 YAB-2型制動單位

    (1) 基本原理
    如圖4(a),它與圖2所示的制動單元基本相同。但根據在能耗制動過程中,直流電壓不夠穩定,開關電源容易損壞的特點,穩壓電源采用單獨的變壓器降壓的方式。
    (2) 結構特點
    制動單元并不包括接觸器。所需接觸器由用戶根據具體情況自行配置。其優點是:
    由于采用單獨的變壓器降壓方式,制動單元的控制部分一般不易損壞,通常只損壞接觸器。將制動單元的控制部分與接觸器分開后,非但降低了制動單元的價格,并且由于接觸器是否損壞,以及損壞后的更換,一般電氣工作人員都能判斷和操作,有利于用戶的自行維修。
    (3) 工作特點
    為了防止接觸器的抖動,故接觸器的吸合電壓值UDH1和釋放電壓值UDH2之間設置了一個回差值ΔUD:
    ΔUD
    UDH1UDH2
    目的是增大接觸器在每兩次接通之間的時間間隔,使接觸器的接通和斷開不要太頻繁,如圖5所示。

    5 制動單元的回差

    (4) 應急處理
    接觸器損壞:只需更換接觸器即可;
    控制電路損壞:只要將應急繼電器的觸點KB接至K1K2端子之間,就可以象圖3那樣由外部繼電器來進行控制了,如圖4(b)所示。

    4 起重機械在變頻器跳閘后如何防止溜鉤?
    4.1 溜鉤現象
    起重機的起升機構在吊運重物時,常常需要重物在空中停住。
    由于電磁制動器的松開和抱緊過程是需要時間的,通常為0.30.6s。在此時間內,如果電動機沒有轉矩的話,重物必將下滑,俗稱溜鉤。

    4.2 變頻器防止溜鉤的對策
    不同變頻器防止溜鉤的對策也各不相同,但歸結起來,主要有兩種:
    1)低頻抱緊和松開
    即,吊鉤的停住運行運行停住的工作在極低頻率下進行,使電磁制動器在松開和抱緊的過程中,電動機保持足夠的轉矩,從而有效地防止了溜鉤。
    這種方法以三菱的FR-A540系列變頻器為代表,其工作時序如圖6所示,說明如下:


    6 FR-A540系列變頻器的防溜鉤對策

    l 重物從停止到運行(升降)的控制過程
    變頻器在接到運行指令后,其工作頻率只上升到fSD(0.53Hz),為了確保當制動電磁鐵松開后,變頻器已能控制住重物的升降而不會溜鉤,所以,在工作頻率到達fSD的同時,變頻器將開始檢測電流,經過檢測時間tSC,確認電動機的轉矩已經建立后,才向制動電磁鐵發出通電指令,使制動電磁鐵開始松開。
    頻率fSD將維持一個短時間tSD(0.30.8s)后,制動電磁鐵已經完全松開,工作頻率就可以上升到所需的運行頻率了。
    l 重物從運行(升降)到停住的控制過程
    當運行指令撤消時,變頻器的工作頻率下降到fBS(38Hz)后,就暫停下降,并輸出一個頻率到達信號,使制動電磁鐵斷電。
    頻率fBS也維持一個短時間tBB(0.30.8s),當制動電磁鐵已經完全抱緊后,再將工作頻率下降至0Hz,變頻器停止運行。
    (2) 零速抱緊和松開
    依靠變頻器的預勵磁零伺服功能,使電動機即使在零速的情況下,也能具有足夠的轉矩,使重物在空中停住,從而可以使電磁制動器從容地進行松開和抱緊。這種方法只有在有反饋矢量控制方式下才能實施。其典型代表是安川的CIMRG7系列變頻器,其工作時序如圖7所示,說明如下:


    7 CIMR-G7系列變頻器的防溜鉤對策

    l 重物從停止到運行(升降)的控制過程當變頻器接收到運行指令后,變頻器首先在零速狀態下開始預勵磁,使電動機產生轉矩。經時間t1后,制動電磁鐵開始通電,又經t2,確認制動電磁鐵已經松開后,發出轉速上升指令,工作頻率上升到所需頻率fX
    l 重物從運行(升降)到停住的控制過程
    首先使轉速指令處于“OFF”狀態,工作頻率下降到0Hz時。一方面,變頻器進入零伺服狀態,使電動機繼續保持足夠的轉矩;另一方面,制動電磁鐵斷電,開始抱緊。延時t5,確保電磁制動器已經抱緊后,撤消運行指令。

    4.3 變頻器跳閘時的防溜鉤措施
    (1) 跳閘后的溜鉤
    變頻器跳閘后,變頻器的逆變管將立即被封鎖,電動機處于自由制動狀態,上述控制對策完全失去作用。這時,雖然電磁制動器將因失電而開始抱緊。但在尚未抱緊的過程中,重物必將下滑,形成溜鉤。
    (2) 防止溜鉤的措施
    如果在變頻器跳閘時,將外加直流電源接入電動機繞組,使電動機處于直流制動狀態,如圖8(a)所示。則在電磁制動器因斷電而抱緊的過程中,可以防止重物下滑,避免了溜鉤。外加直流電源經過適當延時后撤消。其控制電路如如圖8(b)所示。


    8 跳閘防溜鉤的措施

    當變頻器跳閘時,報警輸出端子的動合觸點MAMC閉合,時間繼電器KT得電,其動合觸點立即接通,使接觸器KMF得電,將外部的直流電源通入電動機,使電動機進行直流制動。
    在跳閘的同時,變頻器和電磁制動器的電源均被切斷(圖中未畫出),使電磁制動器開始抱緊。
    時間繼電器KT延時12s后,其觸點斷開,接觸器KMF斷電,直流制動停止。

    4.4 EDB型跳閘防下滑裝置
    根據用戶的需求,宜昌市自動化研究所根據上述原理,專門生產了“EDB型跳閘防下滑裝置,其外部接線如圖9所示。


    9 EDB的外部接線

    1 EDB的接線圖
    如圖9,端子LN220V交流電源;端子KF1KF2接變頻器報警輸出的動合觸點;端子UVW接變頻器的輸出端,或電動機的進線端,其中,端子VW之間有一個短路片,用戶可根據電動機繞組的接法決定是否需要拆除。但應注意,短路片拆除后端子W將是空端。
    一般說來,當電動機的定子繞組為Y形接法時,短路片以接上為好,通入直流電流時的電路如圖10(a)所示;當電動機的定子繞組為Δ形接法時,短路片以拆除為好,通入直流電流時的電路如圖10(b)所示。


    10 直流制動的接法

    (2) EDB用于緊急停機
    6和圖7表明,吊鉤每次從運行到停止的過程中,都需要有一定的時間。但有時情況比較緊急,要求吊鉤能夠在空中立即停住,但上述控制過程卻難以實現。
    EDB防溜鉤裝置可以比較容易地解決這個問題。只需在外部故障端子處接入一個按鈕開關SB。則當需要緊急停住時,按下SB,變頻器便立即因外部故障而跳閘,并因接入外部直流電源而迅速停住。
    但必須注意:
    緊急停機只有在變頻器跳閘,逆變管已被封鎖的情況下進行,否則逆變管有被損壞的可能。
    由于變頻器跳閘后,電源接觸器KM必須斷開,再次起動時,須先接通KM,操作比較復雜,故正常情況下,不宜采用這種方法來停機。

     
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