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山西快乐十分复式: 三峽左岸電站廠房1200/125t起重機副起升負載試驗中缺陷分析和處理

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瀏覽 次【字號 】 發布時間:2012-7-2 打印本頁

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葛洲壩電廠水電建設監理公司 何幼軍 
中國水利水電第八工程局三峽機電安裝項目部 陳正新 陳劍鋒 
He Youjun Chen Zhengxin Chen Jianfeng 
摘 要:本文簡要描述異步電機變頻傳動方案中矢量控制的不足和缺點,并導出矢量控制變頻調速原理的概念,在此基礎結合三峽左岸電站廠房1200/125t起重機副起升負載試驗中所遇到的缺陷進行分析,并介紹處理方法。希望本文能為三峽工程左岸電廠1200/125t橋式起重機和其它同類型的傳動方案的調試試驗、運行和故障分析提供參考。 
關鍵詞:1200/125t橋式起重機副起升 負載試驗 矢量控制 
Abstract: This paper mainly described the shortage and defect of 

Asynchronous motor on vector controlling. Basis on it,
 we analyzed the deficiency of 1200/125t hoisting machine on vice-debarking and lifting load test, while introduced its processing method.
 And made the reference of driving on debug test, 

running and fault analysis. 
Keywords: hoisting machine vice-debarking and lifting load test vector controlling 
[中圖分類號] TM921 [文獻標識碼] B 文章編號 1561-0330(2002)03-0059-02 


1 前言 
  三峽工程左岸電廠主廠房內兩臺1200/125t橋式起重機是目前世界上單鉤起重量最大的橋式起重機,這兩臺橋式起重機的大車行走機構、小車行走機構、主起升和副起升機構的電氣傳動方案為SCR-IGBT全數字交流變頻調速傳動方案,交流變頻電機的控制為矢量閉環控制系統。系統調速比在主起升機構中重載時為1:10,輕載時為1:20(高于額定轉速運行),無級調速;其它機構的系統調速比為1:10,無級調速。 
相對于矢量控制變頻調速系統,純量控制變頻調速系統有哪些缺點或不足呢?現描述如下: 
1) 按U1/f1=CNST規律控制,雖然低頻區通過補償的辦法使磁通保持恒定,但由于是頻率開環控制系統,因此無法控制輸出轉矩; 
2) 按轉差頻率控制既可以控制磁通,又可以控制轉矩,但磁通和轉矩都與頻率有關,因此無法實現磁通和轉矩的獨立控制; 
3) 帶有轉矩和磁通反饋的系統盡管實現了磁通和轉矩的獨立控制,也能使磁通隨轉矩的變化自動調節,從而提供輕載時的效率和功率因數,但并沒有改變異步電機自身的一個關鍵性問題,即定子磁勢與轉子磁勢二者并不垂直,故造成定、轉子量交互耦合、彼此影響,靜態和動態性能不能得到根本性改善。 
在直流電動機中,其轉矩公式為M=CΦI,定子磁勢F1和轉子磁勢F2二者之間是相互垂直的,理論上彼此完全不耦合,因此保持一個恒量就可以獨立控制另一個量,從而控制電機的轉矩,并且轉矩始終保持最大值。 
異步電動機的轉矩公式為: 
(1) 
異步電動機的轉矩不僅與氣隙磁通和轉子電流有關,而且還與有關,即與轉差率或轉速有關。 
如果令: 

則異步電動機的轉矩可表示為: 
M=CΦ2I2 (2) 
故異步電動機的轉矩與直流電機的轉矩形式相同。如果假設Φ2是轉子磁通并與轉子電流I2垂直,則異步電動機與直流電動機的特性相同。 
如果采用電流源或具有電流源特性的電壓源供電,則因=常數,在采用按偏差調節磁通時,其反饋通道可表示為: 
(3) 
且輸出三相電流表達式(前饋)為: 
(4) 


2 三峽左岸電站廠房1200/125t起重機副起升負載試驗中缺陷和定性分析 
  三峽左岸電站廠房1200/125t起重機副起升負載試驗于2002年1月29日開始進行2號橋機副起升負載試驗。當負荷加載到125 t(100%額定負載)上升4檔(50 Hz)時,變頻器控制面板上頻率的采樣值在42~50Hz之間往復變化。經查為電動機輸出軸的制動盤與制動器之間摩擦,調整制動器間隙后,電機荷載125 t上升4檔試驗通過,此時,電動機的定子電壓為AC387V,定子電流為225A。 
當2號橋機副起升加載到157.25 t(125%額定負載)5檔(5 Hz)進行靜負載試驗時,變頻器控制面板上頻率的采樣值在2~5Hz之間往復變化,因此著重考核機械方面的性能,故忽略了電氣性能的檢查和考核。 
當2號橋機副起升加載到137.5 t(110%額定負載)5檔(5 Hz)進行動負載試驗時,變頻器控制面板上頻率的采樣值在2~5Hz之間往復變化,接著在司機室進行2檔、3檔和4檔上升試驗后,頻率還是在2~5Hz之間往復變化。 
當1號橋機副起升加載到125 t(100%額定負載)5檔(5 Hz)進行動負載試驗時,變頻器控制面板報F015電機堵轉信號。 
發生這種現象原因是什么呢?根據有關技術資料規定,在1~50Hz范圍內,應保持轉矩恒定,因此不難作出副起升的機械特性曲線如圖1所示。假設將電動機額定負載所需要的轉矩定義為1.0Me,則根據圖1分析如下: 
電機荷載125t上升4檔試驗時,電動機的定子電壓為AC387V,定子電流為225A。電機的銘牌值為:定子電壓為AC400V,定子電流為210A。變頻器中有關受控對象變頻電機的定子電流限制在EEPROM中設定為210A,因此在荷載125 t上升4檔試驗時,定子電流已經超過了限值(有測量誤差)。當負載進一步增加后,則電機的機械特性沿CD線段移動,因此沒有實現恒轉矩特性。恒轉矩特性應該是在不同的負載所需要的轉矩為平行于n軸的曲線族。同時可以推出2號橋機在1.1Me時的頻率穩定范圍為0~2Hz。 

3 三峽左岸電站廠房1200/125t起重機副起升負載試驗缺陷定量分析和處理方法 
  矢量控制交流變頻傳動方案的基本原理是,采用現代電機控制理論的派克-戈列夫變換中的電流方程,將一個交流三相異步電機轉換成一個直流電機的模型。其反饋通道和前饋通道分別為: 
反饋通道 (5) 
前饋通道 (6) 
從(5)式和(6)式可以看出,在矢量控制交流變頻傳動方案中,變頻裝置所控制的輸出的電流。在(5)式中,電流分量Ix保持電機的磁通恒定;而從(4)式的轉矩等式中,可以看出通過調節電流分量Iy可以改變電機的輸出轉矩。因為直流電機的磁通是恒定不變的,因此(4)式的轉矩只有通過調節Iy才能實現恒轉矩特性。結合電機的測速裝置,可作出變頻器與變頻電動機的閉環控制系統方框圖如圖2所示。 
該副起升變頻器輸出電流根據項目制造合同的允許電機短時過流倍數選定為430A,變頻器的控制器允許電機的負載電流為315A,故將原來的限值由210A改為315A,重新進行各負載工況的試驗,機械特性硬,采樣頻率穩定。 

4 三峽左岸電站廠房1200/125t起重機副起升負載試驗參數 
  為證實修改定值后的轉矩恒定,現將1號橋機副起升在負載為125t時各檔的實測參數匯總如表1 所示。 
而在110%額定負載時,兩臺橋機副起升的參數設定一樣,但兩臺橋機的副起升的電流和電壓分別為, 
1號橋機副起升上升4檔:定子電壓為AC347V,電流為307A; 
2號橋機副起升上升4檔:定子電壓為AC387V,電流為249A。 
這說明1號橋機的機械附加轉矩比2號橋機大。 

5 結束語 
  通過對三峽左岸電站廠房1200/125t起重機副起升負載試驗中的缺陷分析和處理,使我們認識到,在矢量控制交流變頻調速系統中,如果出現機械特性惡化,原因是機械附加轉矩增加后,在電氣設備的短時過流能力允許的范圍內,可以擴大參數的范圍,從而給機械提供一個磨合期。

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