台达C2000变频器在龙门吊上的应用

引言

    龙门吊主要用于大型设备的起吊和搬运工作,由于大型龙门吊的工作强度大,工程持续时间长,当有特殊作业要求情况时,会因门吊故障造成动辄上万的经济损失,所以要求门吊有着便于操作、负载能力大、起吊上下速度平稳、启停不溜钩、响应快、易于维护、工作寿命长和节能的特点,而变频器在门吊的这些特点中发挥了非常重要的作用,也正是有了变频器的武装才有了现代化作业的门吊。本文会结合台达C2000变频的功能和特点来一一说明其在门吊中的作用。

机械设计和工艺要求

    机械机构设计

    一般大型龙门吊从结构上分主要有龙门吊主梁、门腿、下部横梁、大车运行机构(行走台车)、主起升机构(天车)、电气系统及安全防护、司机室等。而涉及到电气控制的是大车运行机构和主起升机构,由4套单轨制主动平车组成,通过变频器的控制在轨道上行走;主起升机构由天车行走和主副钩吊组成,包括卷扬机、减速机、制动器等,通过控制变频器的速度达到控制天车行走和主副钩吊的起升。

    工艺要求

    由于大车行走和小车行走属于一般负载,没有特殊要求,因此变频器在V/F模式下即可正常工作,不需要做特殊设置就能投入使用,而主副钩吊属于重型负载,要求起钩和松钩都能保证不溜钩,上下行平稳迅速,要求在直流制动后马上投入制动器进行制动。V/F模式下通常是无法满足要求的,需要对变频器进行特殊模式设定后才能正常使用,否则会出现溜钩和启动不够力的情况,变频器的设置方法和内容文中会有重点介绍。

控制方案制定和实施

    方案制定

    门吊变频选用台达C2000控制器。变频器外观如下图所示:

                                  台达C2000变频器

    台达C2000变频器是新一代高性能变频产品,主要特点和分析如下:

    •强化无感向量控制(SVC)响应提升转矩特性

     门吊的负载较大,常规V/F模式输出转矩无法达到要求,而强化的向量控制模式可以提升转矩特性,使得起升能获得更大的输出转矩。

    •功率范围0.75KW-355KW

     宽广的功率段,以后会做到630KW。

    •零速转矩输出

     在零速运转模式下,SVC下可以自动执行直流制动,通过和制动机构配合可防止溜钩。

    • LCD多语言操作界面

     LCD操作界面提供了更丰富的操作信息,参数描述可视化,参数设置更便利,维护方便。

    •内置PLC

     门吊需要控制的点不多,且都是逻辑控制,内置的PLC完全满足控制要求。

    • 双额定设计 (ND轻负载/HD重负荷)

     重载模式下提高过负载能力,可以过负载额定输出电流180%3秒钟,200%2秒钟。

方案实现

              变频器端子接线图

    •控制模式

    起升变频必须工作在SVC(无感测矢量控制)模式下,要获得理想的矢量控制性能,必须对变频器进行自整定,从而获得电机的内部物理参数,如转、定子电阻和磁通互感量等,自整定开始之前需设置电机的满载电流、额定功率、额定转速等电机的特性参数。具体设置方法如下:

    a.设置电机参数,现场电机参数如下表所示:     
电机功率 转速 级数 满载电流 无载电流
22kw 962 6 46.8 18.72
30kw 1425 4 62.4 24.96
注:无载电流按40%满载电流计算。

    b.修改整定模式,C2000有5种自整定模式可选,选择感应电机静态测试,该方式无需负载脱离电机,整定过程中电机不运转。

    c.启动变频,C2000面板提供了AUTO(自动)和HAND(手动)两种模式的切换,如果AUTO模式已经设置为端子操作,不方便调试的话,可以切换为HAND模式进行启动,面板会显示整定画面,若干秒后整定结束。

    d.修改速度模式为SVC向量模式,设置完成。

    •直流制动

    起升机构都配有机械制动机构,目的是为了停车制动防止行走过程中溜钩,变频器在运行过程中需和机械制动机构紧密配合,机械制动机构的开合是通过变频器的运转与否状态输出端子控制的,下面简单说明制动过程。

    变频启动:随着变频器启动后,机械制动机构也随之关闭,在变频器建立旋转磁场之前,输出力矩没有到达要求,因此需要变频器提供制动力矩锁住电机,防止溜钩,当直流制动持续时间一过,输出频率达到起动频率时,变频器转矩建立,开始加速动作。

    变频停止:变频停止时,先做减速动作,输出频率到达制动起始频率后,直流制动开始,等到变频输出频率降为零后,机械制动机构开启,此时机械制动和直流制动同时起作用,制动设置时间一到直流制动结束。

             直流制动输出时序图

       •波形分析

    上位机软件VFDsoft可以通过变频器的485端口,实时采集现场变频器状态信息,如启停状态、工作电流、输出频率和DC-BUS等,通过查询时间轴可以比较直观的看到变频在启停运转过程中的一系列变化,从而帮助分析变频器工况。以下是现场抓取的主副钩上下行波形。

 

                        主勾上下行波形

                         副钩上下行波形

    从以上波形可以看出变频器在起始和结束电流输出较大,运行过程中输出平稳。变频调试的原则是在保证启停不溜钩的情况下,减少直流制动的电流准位和制动时间,同时需要考虑客户在使用过程中偶尔会进行超载操作,要留有一定余量。

    •参数设置

    通过VFDsoft可以上下载参数,并可保存为表格文件。按照调试中先后设置参数的顺序进行汇集陈列如下。
变频参数调试
22kw电机 30kw电机 参数描述
00-16=1 重载模式
00-21=1 运转来源
01-00=50 最高频率
01-01=50 额定频率
01-02=380 额定电压
01-09=2 启动频率
01-12=5 加速时间
01-13=2 减速时间
04-00=15 第一段速
04-01=25 第二段速
04-02=35 第三段速
04-03=50 第四段速
04-04=50 第五段速
05-01=46.8 05-01=62.4 满载电流
05-02=22 05-02=30 额定功率
05-03=962 05-03=1425 额定转速
05-04=6 05-04=4 极数
05-05=18.72 05-05=24.96 无载电流(40%电机额定电流)
05-00=2 静态自学习
RUN变频开始静态自学习
07-01=40%直流制动准位 07-01=60%直流制动准位 (在保证停车不溜钩的情况下,尽量调小)
07-02=0.5 启动直流时间
07-03=1 停止直流时间
07-04=2HZ 停止直流频率
00-11=2 SVC模式
结束语

    C2000变频有着优越的性能表现,应用范围非常广泛,不仅在OEM泛用市场表现卓越,同样在各种拓展行业也有极大潜力。起重行业的成功应用也让我们对C2000的未来充满了期待。

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