ABB 提升型变频器在大型起重机中的应用研究

2021-08-14李毅

中国设备工程 2021年15期

李毅

（宝钢股份武钢有限炼钢厂，湖北武汉 430083）

当今变频器产业得到飞速发展，目前已经可以应用于大型起重机的大功率提升电机，使得电机可以在零速低电压启动，能最大效率地使用电能，并按照实际需要进行光滑的调速，减少机械振动、磨损，提高机械部件和电机的寿命。将ABB 提升型数字变频器应用于武钢有限炼钢厂450t 吊车起升机构，可以实现电机的高效平稳运行，确保设备安全稳定运行。

1 ABB 提升型变频器传动系统构成及工作原理

1.1 变频器传动系统主动力电路构成

变频器传动系统主动力电路主要由以下三部分构成：ABB提升型变频器、变频电机及制动电阻器，图1 中电气部件1、2、3、4 均属于变频器内部元器件。

图1 变频器传动系统主动力电路

1.2 变频器传动系统主动力电路工作原理

传动系统动力电源接入变频器后，经过整流单元，将三相交流电压转为直流电压，变频器电容组起到稳定中间回路直流电压的作用。IGBT 逆变器在外部控制信号及变频器内部控制逻辑命令下，将直流电压转换成需要的交流电压来控制电机的运行。当电机处于减速停机过程中时，直流电压将升高，当直流电压升高到限定值时，制动斩波器开始工作，释放制动时电机侧反馈到中间直流母线的多余电能，并通过与变频器连接的外部制动电阻器将电能转化为热能消耗掉，保护主动力电路。

1.3 变频器传动系统控制回路组成

控制回路主要由PLC、变频器外部I/O 控制模块及中间继电器组成。变频器通过数字量信号进行控制，因RMIO 控制模块数字输入点数量不足，因此，需要用到RDIO-01 扩展数字模块，控制方案如图2 所示。

图2 变频器传动系统控制方案

1.4 变频器传动系统控制回路工作原理

（1）起动条件。变频器上电后，无故障报警时，变频器输出“装置故障（取反）”信号，通过中继将该信号传给PLC。变频器无故障且检测DC 母线电压正常时，变频器输出“装置准备好”信号，通过中继将该信号传给PLC。

PLC 程序判断控制器的零位信号、动力及操作电源开关信号、电机的过热及超速等保护装置信号、变频器“装置准备好”及“装置故障（取反）”信号均正常时，程序输出“起动使能”信号，该PLC 输出点在程序内将控制器零位条件自锁，同时控制“起动使能”中继吸合，通过中继将该信号传入变频器控制模块，此时，变频器满足起动条件。

（2）运行原理。变频器满足起动条件后，当控制器推到上升或下降档位时，PLC 程序控制“上升”或“下降”中继吸合，通过中继将方向信号传给变频器。此时，“上升”及“下降”信号即为主令一档速度。当控制器推出到二档、三挡及四档时，PLC 程序依次控制“主令二档”“主令三档”“主令四档”中继吸合，通过中继将信号传给变频器。

变频器根据接收到的“起动使能”信号、方向信号及档位信号的逻辑，按设定参数条件控制电机运行，同时输出“制动器打开”信号给PLC，控制电机的机械制动器打开。PLC 采集到机械制动器的打开极限信号后，通过程序输出“制动器打开信号检测”信号，控制该中继吸合，将该检测信号反馈回变频器，确保正常安全运行。

当起升机构碰到安全预极限位后，PLC 只能输出“上升”或“下降”信号到变频器，封锁“主令二档”、“主令三档”及“主令四档”信号，电机只能以一档的速度慢速运行。当起升机构碰到安全停止极限位后，PLC 封锁方向信号，使变频器控制电机停止运行。

（3）停机原理。控制器回到零位后，PLC 程序控制“零位”中继吸合，方向信号及档位信号中继均释放。变频器控制电机减速制动，同时检测电机转速，当电机转速接近相对零速时，关闭“制动器打开”信号，通过PLC 控制电机的机械制动器闭合。

当变频器运行中发生故障报警或DC 母线电压不正常时，变频器关闭“装置故障（取反）”或“装置准备好”信号，PLC程序封锁“起动使能”信号及方向信号、档位信号，变频器以控制机械制动器闭合的快速停车方式，使电机停止运行。

2 ABB 提升型变频器关键参数设置

2.1 起动数据参数

起动数据主要包括电机的额定电压、额定电流、额定转速等信息，根据电机铭牌设置完毕后要进行电机辨识。为安全起见，做电机辨识时，应脱开负载进行。

2.2 驱动功能相关参数

（1）启动/停车设定。要注意的是，启动特性选择和预励磁时间两项参数，启动特性选择参数不改动，仍然保持系统默认设置，即设为恒定励磁模式。预励磁时间参数指的是在恒定励磁模式下定义的励磁时间，应用中设置为500ms。

（2）速度控制。其中包括速度控制的增益、积分时间、微分时间及实际速度的滤波时间等，这些参数基本保持其系统默认典型值。

（3）机械制动控制。应用中将指示ZERO SREED 的电机转速值设为20%，ZERO SREED 置“1”前的延时时间设为200ms，以达到使电机接近相对零速抱闸的目的。应用中ZERO SREED 指示值不能设为0 或较低的值，否则，会导致制动命令无法闭合。

2.3 控制端口定义

（1）数字输入端口定义。变频器外部I/O 控制模块的DI数字输入接口的实际输入信号定义为：DI1 为制动器应答，接入“制动器打开信号检测”中继信号；DI2 为零位输入，接入“零位”中继信号；DI3 为A 方向启动，接入“上升”中继信号；DI4 为B 方向启动，接入“下降”中继信号；DI_IL 为故障复位，接入“复位”中继信号；扩展模块EXT DI1.1 为急停（取反），接入“起动使能”信号；EXT DI2.1 为速度分级给定2，接入“主令二档”中继信号；EXT DI2.2 为速度分级给定3，接入“主令三档”中继信号；EXT DI2.3 为速度分级给定4，接入“主令四档”中继信号。

（2）数字输出端口定义。变频器外部I/O 板共有3 个数字输出接口，应用中定义为：第一个输出RO1 用于控制“制动器打开”继电器；第二个输出RO2 用于控制“装置准备好”继电器；第三个输出RO3 用于控制“装置故障（取反）”继电器。