理想3100變頻器在建筑升降機行業(yè)的應(yīng)用
本文以某公司采用理想3100變頻器控制的建筑升降機為例，詳細(xì)分析了該建筑升降機的控制原理與電氣系統(tǒng)。
摘 要：相比傳統(tǒng)控制方式，采用變頻器控制方式的建筑升降機，不僅能避免電機在啟動和停止瞬間因輸出力矩不夠而產(chǎn)生的“溜鉤”現(xiàn)象，而且大大減小了機械系統(tǒng)之間的沖擊，同時也提高了運行過程中的平穩(wěn)性和工作效率。本文以某公司采用理想3100變頻器控制的建筑升降機為例，詳細(xì)分析了該建筑升降機的控制原理與電氣系統(tǒng)。
1、 引言
隨著我國城市化進程的加快，建筑機械行業(yè)也迎來了其發(fā)展的黃金期。建筑提升機作為建筑施工必不可少的機械設(shè)備，產(chǎn)能逐年遞增。
普通升降機的上升、下降、停機功能都是通過接觸器-繼電器控制來實現(xiàn)，而且速度不易控制、起停機瞬間沖擊大，對機械結(jié)構(gòu)和機構(gòu)的損壞較嚴(yán)重；運行速度不可調(diào)，影響施工企業(yè)效益，停車穩(wěn)定性差。
采用變頻控制，可實現(xiàn)施工升降機的啟動加減速、制動過程的無級調(diào)速，減小了起停機時電機對機械系統(tǒng)的沖擊，提高了施工升降機運行過程中的平穩(wěn)性和舒適感，延長了施工升降機的使用壽命，極大地提高了工作效率。
本文以某公司采用理想3100變頻器控制的建筑升降機為例，詳細(xì)分析了該建筑升降機的控制原理與電氣系統(tǒng)。
2、 升降機參數(shù)與電氣系統(tǒng)
升降機結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，最大起升重量為3.5T，其中最大載重量2T，自重1.5T，最高升降速度為35m/MIN，最大加速度為0.3G。
升降機電氣系統(tǒng)主要由主電路和控制電路組成，主電路電氣原理圖如圖2所示，控制電路電氣原理圖如圖3所示，抱閘控制電氣原理如圖4所示。
電氣傳動部分由三臺異步電機組成，三臺電機由一臺LX3100變頻器控制，其中每臺電機額定功率為11KW，額定頻率為50HZ，額定轉(zhuǎn)速為1390 R/MIN，額定電流為24A，變頻器額定輸出功率為45KW，制動電阻阻值為4歐姆、功率為30KW。
為提高起停時電機輸出的扭矩，變頻器采用開環(huán)矢量控制模式，并配置制動單元與制動電阻。變頻器采用端子控制方式，通過帶有上升、停機、下降功能的手柄控制變頻器上升、停機、下降輸入信號。變頻器有兩路輸出繼電器RO1、RO2，其中RO1設(shè)置為故障輸出功能，RO2設(shè)置為變頻器輸出頻率檢測功能以控制電機制動器的抱閘接觸器。
圖2：升降機主電路
圖3：控制電路
圖4：抱閘制動電路
圖4：抱閘制動電路
當(dāng)主電路空氣開關(guān)閉合時，在電路無故障情況下KM1吸合，主電路上電；在空氣開關(guān)QF3和QF4閉合的情況下，控制電路上電；中間繼電器KA1的狀態(tài)由變頻器輸出繼電器RO1控制，RO1A與RO1B之間為常閉觸點，只有在變頻器通電且發(fā)生故障的情況下RO1A與RO1B之間才斷開；控制電路上電時，KA1吸合，如果變頻器啟動按鈕觸發(fā)，則KM2吸合且自鎖，變頻器輸入電源由交流接觸器KM2控制；變頻器設(shè)置成端子控制方式，上升與下將命令由繼電器KD與KH控制，且KD與KH在電氣接線圖上形成互鎖，如此設(shè)計主要是考慮方便操作；在升降機工作中變頻器出現(xiàn)故障時，RO1A與RO1B之間斷開，KA1斷開，從而KM1斷開，變頻器輸入電路斷開，RO1A與RO1B之間重新閉合，如操作者再按下變頻器啟動按鈕ST1，則KM1重新吸合，變頻器重新上電，可查閱變頻器上一次故障及時排除故障，在故障沒有排除的情況下，即使重新觸發(fā)變頻器啟動按鈕ST1，啟動上升或下降開關(guān)，升降機也無法上升或下降。這樣，通過變頻器輸出繼電器與外圍電氣設(shè)計，使系統(tǒng)強制性的在安全范圍內(nèi)工作，控制流程如圖5所示
抱閘控制繼電器KB通過變頻器輸出繼電器RO2控制，RO2A與RO2C之間為常開觸點。變頻器啟動且變頻器上升或下降端子接通時，變頻器直接以0.3HZ頻率啟動，且持續(xù)保持0.3S，0.3S后變頻器輸出頻率以設(shè)定的加速度上升，當(dāng)變頻器輸出頻率達到0.31HZ時，RO2A與RO2C之間接通，抱閘控制繼電器KB吸合，電機制動器松閘，電機處于可運行狀態(tài)，如此設(shè)置目的是使升降機在上升或下降啟動時電機輸出足夠的扭矩防止“溜鉤“，同時也防止在上升啟動時電機沖擊機械系統(tǒng)而產(chǎn)生振動甚至損壞整個機械系統(tǒng)。
當(dāng)變頻器控制升降機在上升過程中減速時，變頻器處于第二象限工作狀態(tài)，當(dāng)變頻器輸出頻率低于或等于0.31HZ時，RO2A與RO2C之間斷開，抱閘控制繼電器KB斷開，電機制動器立即抱閘。為保證抱閘穩(wěn)定，變頻器輸出頻率繼續(xù)按設(shè)定的減速度下降，當(dāng)輸出頻率為0.3HZ時，變頻器輸出直流制動電流，使電機提供100%的制動扭矩，且持續(xù)時間為1S，如此設(shè)置目的是為保證電機在低速至停機過程中具有足夠的扭矩防止“溜鉤“，同時也使升降機在上升過程中停機時不產(chǎn)生抖動，且能實現(xiàn)準(zhǔn)確的定位。
當(dāng)變頻器控制升降機在下降過程中減速時，變頻器處于第四象限工作狀態(tài)，當(dāng)變頻器輸出頻率低于或等于0.31HZ時，RO2A與RO2C之間斷開，抱閘控制繼電器KB斷開，電機制動器立即抱閘，為保證抱閘穩(wěn)定，變頻器輸出頻率繼續(xù)按設(shè)定的減速值下降，當(dāng)輸出頻率為0.3HZ時，變頻器輸出直流制動電流，使電機提供100%的制動扭矩，且持續(xù)時間為1S，如此設(shè)置目的是為保證升降機下降過程中電機在低速至停機過程中具有足夠的扭矩防止“溜鉤”，同時也使升降在下降過程中停機時不產(chǎn)生抖動，且能實現(xiàn)準(zhǔn)確的定位。
當(dāng)運行過程中變頻器出現(xiàn)故障，如變頻器過流、電機過載等故障時，由控制電路將變頻器輸入電路立即切斷，RO2A與RO2C之間斷開，抱閘控制繼電器KB斷開，電機制動器立即抱閘，整個系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，如此在整個系統(tǒng)處于非運行狀態(tài)時，電機制動器均處于抱閘狀態(tài)，保證了整個系統(tǒng)的高度安全；電機制動器抱閘與松閘控制流程如圖6所示。
3 、變頻器設(shè)定參數(shù)值
根據(jù)升降機電氣系統(tǒng)原理圖，為達到用戶的滿意程度，設(shè)定變頻器參數(shù)如下表所示：
|
功能碼 |
名稱 |
設(shè)定值 |
參數(shù)詳細(xì)說明 |
備注 |
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P0.00 |
速度控制模式 |
0 |
無PG矢量控制 |
|
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P0.01 |
運行指令通道 |
1 |
端子指令通道 |
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P0.06 |
鍵盤設(shè)定頻率 |
50 |
額定50HZ |
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|
P0.07 |
A頻率指令通道 |
0 |
鍵盤設(shè)定 |
通過此值可設(shè)多段速模式 |
|
P0.11 |
直線加速時間 |
2 |
0至P0.03頻率的時間為2S |
|
|
P0.12 |
直線減速時間 |
2 |
P0.03至0頻率的時間為2S |
|
|
P1.01 |
起始開始頻率 |
0.3 |
啟動頻率為0.3HZ |
|
|
P1.02 |
啟動頻率保持時間 |
0.3 |
0.3HZ保持0.3S |
|
|
P1.07 |
停機制動開始頻率 |
0.3 |
停機0.3HZ時開始直流制動 |
該部分參數(shù)實現(xiàn)下降報閘瞬間緩沖作用，制動頻率值需與啟動頻率保持相同。 |
|
P1.08 |
停機制動等待時間 |
0 |
停機制動無等待 |
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|
P1.09 |
停機直流制動電流 |
100 |
100%額定電流的制動力 |
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P1.10 |
停機直流制動時間 |
1 |
直流制動持續(xù)時間1S |
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電機組參數(shù) |
||||
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P2.01 |
電機額定功率 |
33 |
33 KW |
電機額定參數(shù):電機功率及電流為幾臺電機數(shù)值之和 |
|
P2.02 |
電機額定頻率 |
50 |
50 HZ |
|
|
P2.03 |
電機額定轉(zhuǎn)速 |
1390 |
1390 R/MIN |
|
|
P2.04 |
電機額定電壓 |
380 |
380 V |
|
|
P2.05 |
電機額定電流 |
72 |
72 A |
|
|
P2.07 |
電機定子電阻 |
0.143 |
0.1437Ω |
靜態(tài)自學(xué)習(xí)需據(jù)情況調(diào)整電感及空載電流。保持空載25HZ運行時輸出電壓約為190V，50HZ運行時輸出電壓約為380V. |
|
P2.08 |
電機轉(zhuǎn)子電阻 |
0.229 |
0.229Ω |
|
|
P2.09 |
電機定、轉(zhuǎn)子電感 |
33.5 |
33.5mh |
|
|
P2.10 |
電機定、轉(zhuǎn)子互感 |
34.2 |
34.2mh |
|
|
P2.11 |
電機空載電流 |
20.6 |
20.6A |
|
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P5.01 |
S1端子功能選擇 |
2 |
上行運行 |
|
|
P5.02 |
S2端子功能選擇 |
1 |
下行運行 |
|
|
P6.02 |
繼電器1輸出選擇 |
4 |
故障輸出 |
|
|
P6.03 |
繼電器2輸出選擇 |
5 |
頻率水平檢測FDT輸出 |
報閘控制信號 |
|
P8.21 |
FDT電平檢測值 |
0.31 |
0.31HZ時輸出FDT信號 |
報閘控制信號動作值，必須大于啟動頻率值0.01 |
|
Pb.02 |
電機過載保護 |
1 |
普通電機 |
|
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Pb.03 |
電機過載保護電流 |
120 |
電機額定電流的120% |
|
|
P0.07 |
A頻率指令通道 |
5 |
多段速模式設(shè)定 |
二進制定義：端子2/端子1(0/0)即為0擋速，(0/1)即為1擋速。。。 |
|
P5.03 |
S3端子功能選擇 |
16 |
多段數(shù)端子1 |
|
|
P5.04 |
S4端子功能選擇 |
17 |
多段數(shù)端子2 |
|
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PA.02 |
多段數(shù)0 |
40 |
額定頻率的40% |
按百分比關(guān)系設(shè)置 |
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PA.04 |
多段數(shù)1 |
60 |
額定頻率的60% |
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P5.06 |
多段數(shù)2 |
100 |
額定頻率的100% |
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4 、系統(tǒng)調(diào)試
在確保主電路及控制電路接線正確的情況，系統(tǒng)開始上電調(diào)試。按照建筑提升機行業(yè)的實驗規(guī)則，將調(diào)試分為空載調(diào)試、1/2額定負(fù)載調(diào)試、額定負(fù)載調(diào)試及125%額定負(fù)載調(diào)試幾個階段。
考慮到低頻轉(zhuǎn)矩問題，變頻器采取開環(huán)矢量控制模式，故調(diào)試前需對電機參數(shù)進行自學(xué)習(xí)。參數(shù)自學(xué)習(xí)有靜態(tài)與動態(tài)兩種。在負(fù)載及減速機無法脫開的情況下，需進行靜態(tài)參數(shù)自學(xué)習(xí)。鑒于該行業(yè)的機械特征，通常采取靜態(tài)參數(shù)自學(xué)習(xí)。自學(xué)習(xí)前必須正確輸入電機的銘牌參數(shù)（P2.01-P2.05），自學(xué)習(xí)后可檢測出電機的定子電阻、轉(zhuǎn)子電阻以及電機的漏感。電機的互感和空載電流調(diào)節(jié)規(guī)律如下：
互感調(diào)節(jié)規(guī)律：1/2額定頻率運行時，變頻器輸出電壓需為190V左右，若偏低則適度提高互感值，反之亦反。額定頻率運行時，變頻器輸出電壓需為380V左右，若偏低則適度提高互感值，反之亦反。
空載電流調(diào)節(jié)規(guī)律：空載電流一般為電機額定電流的1/3，小電機的空載電流占額定電流的比例會高一些，有的會達到50%~60%。
經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試驗證，該升降機在運行過程中，電機的松抱閘邏輯健全，沒有發(fā)生溜鉤現(xiàn)象，起停時無明顯的沖擊，在性能上完全達到用戶要求。
5 、結(jié)束語
采用理想3100變頻器，不僅使建筑升降機整個電氣系統(tǒng)的設(shè)計簡單、可靠，整個系統(tǒng)始終處于安全運行狀態(tài)，而且可以通過變頻器故障查詢功能迅速排除系統(tǒng)故障；在起停過程中，幾乎感覺不到機械系統(tǒng)之間的沖擊，大大提高了升降機運行過程中的平穩(wěn)性和舒適感，同時也極大地提高了工作效率。
