起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

摘 要：隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，電氣設(shè)備自動(dòng)化控制要求逐漸提高，變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。20世紀(jì)90年代初期，國內(nèi)起重機(jī)變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)開始試行。由于變頻調(diào)速控制系統(tǒng)具有優(yōu)異的調(diào)速和啟制動(dòng)性能，而且高效率、高功率因數(shù)和有效節(jié)電，逐漸被國內(nèi)外公起重機(jī)主機(jī)廠及廣大客戶所接受。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的不斷發(fā)展，各生產(chǎn)廠家對高性能變頻器的研究也不斷進(jìn)行。目前，在起重機(jī)運(yùn)行期間變頻調(diào)速系統(tǒng)仍會(huì)出現(xiàn)一些故障。為了更好的解決這些故障，進(jìn)一步完善起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，本文將分析變頻調(diào)速控制系統(tǒng)出現(xiàn)的故障的一些原因，并進(jìn)一步探討科學(xué)、合理化的解決措施。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) 研究

中圖分類號：TH21；TM921.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X（2012）09（a）-0068-01

1 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

在很長的一段時(shí)間內(nèi)，直流調(diào)速系統(tǒng)由于便于控制，具有良好的靜動(dòng)態(tài)性能，應(yīng)用較廣。然而，直流調(diào)速系統(tǒng)在某些方面也存在很大的局限性。例如直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造流程消耗時(shí)間很多，而且需要在一定的環(huán)境中才能夠發(fā)揮其最大的功能，其中電刷極易受到磨損，使其在維護(hù)方面需要花費(fèi)很多的人力物力財(cái)力。以上這些問題都很大的限制了直流調(diào)速系統(tǒng)的使用和推廣，而這些問題恰恰是交流電機(jī)可以避免的。交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，制造消耗時(shí)間相對較短，而且對運(yùn)行環(huán)境要求不高，成本低廉，堅(jiān)固耐用，在維護(hù)方面也相對容易得多，一經(jīng)推出，在工業(yè)領(lǐng)域起重機(jī)領(lǐng)域都受到了眾多廠家的歡迎，得到了廣泛的應(yīng)用。而隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，變頻器發(fā)展也不斷進(jìn)步，也意味著變頻調(diào)速系統(tǒng)正逐步取代直流調(diào)速成為調(diào)速領(lǐng)域的先行者。

2 目前起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)存在的問題

2.1 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)干擾其他設(shè)備正常運(yùn)行

變頻器的整流電路和逆變電路在一定的情況下均會(huì)產(chǎn)生諧波。對于逆變電路來說，其輸出的電壓波形是矩形波。由于變頻器調(diào)制頻率與諧波頻率的高低有關(guān)，即變頻器調(diào)制頻率越低，高次諧波產(chǎn)生的頻率越大，人們所能聽到的電磁噪聲越大，相反，變頻器調(diào)制頻率越高，高次諧波產(chǎn)生的頻率越低，此時(shí)人們已經(jīng)聽不到電磁噪聲，但是高頻信號仍然是客觀存在的，對于電子設(shè)備還是會(huì)造成一定程度的干擾。在諧波產(chǎn)生時(shí)，由于功率較其他設(shè)備大，所以干擾的程度也相對比較大。其干擾途徑與其他電磁干擾途徑類似，都是傳導(dǎo)、輻射、耦合等。其中變頻器產(chǎn)生的諧波干擾主要屬于傳導(dǎo)干擾，產(chǎn)生的電磁噪聲直接對驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行干擾，對于銅鐵等金屬損害嚴(yán)重。

2.2 變頻器使電網(wǎng)發(fā)生畸變

由于變頻器的整流電路以及逆變電路的組成部件皆是非線性器件，且形成的電路結(jié)構(gòu)對于電網(wǎng)來說有很大的限制，即可能會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的電壓電流波形產(chǎn)生畸變。其中三相交流電交流電轉(zhuǎn)換為直流電需要三相橋式整流電路的參與，然后通過電解電容濾波，從而使直流電壓維持穩(wěn)定的狀態(tài)。但是由于電路結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的畸變卻不能消除，對于起重機(jī)的運(yùn)行以及變頻器的正常運(yùn)行都有很大的影響。

2.3 容易產(chǎn)生靜電

起重機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)可以提高驅(qū)動(dòng)負(fù)載類的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速率，在節(jié)能方面起著很大的作用。隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，變頻調(diào)速系統(tǒng)也逐漸完善。在起重機(jī)運(yùn)行的過程中，靜電的干擾仍是一項(xiàng)有待解決的重要問題。在以往的研究中可以看出，靜電放電是造成變頻調(diào)速系統(tǒng)核心控制器工作失?；蚬δ苁У囊豁?xiàng)主要的原因。在技術(shù)不斷進(jìn)步的時(shí)代，變頻器控制系統(tǒng)內(nèi)部電路也越來越復(fù)雜，靜電帶來的危害也越來越明顯。它降低了用電設(shè)備的運(yùn)行效率，使得起重機(jī)在運(yùn)行過程中頻繁出現(xiàn)故障且維護(hù)時(shí)需要時(shí)間很長，對于項(xiàng)目的完成有著極大的影響。

3 起重機(jī)運(yùn)行問題的解決方案

3.1 接地線防止變頻器干擾其他設(shè)備

由于變頻器在運(yùn)行時(shí)容易產(chǎn)生諧波影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行，所以在使用大容量的變頻器時(shí)，需要將專用的變壓器連接到高壓系統(tǒng)上面。在通常情況下，最普遍的抗干擾方式是將公用的線路接地。從根本解決諧波問題需要將動(dòng)力線接地與控制線接地分離開來，即將動(dòng)力線接地，將控制線接到動(dòng)力裝置的金屬外殼上。在干擾電流靠近信號線時(shí)，干擾會(huì)被連接到信號線上，導(dǎo)致信號線上的信號受到干擾，但是對于其他設(shè)備的干擾將降低。在起重機(jī)運(yùn)行時(shí)，往往把高壓線纜、動(dòng)力線纜等與計(jì)算機(jī)電纜分開布線。一般情況下，變頻器通過有源補(bǔ)償器自動(dòng)產(chǎn)生反方向的濾波電流來使電源和負(fù)載中的正向諧波電流得到消除。除此之外，變頻器本身制造也比較堅(jiān)固牢靠，通常用鐵殼作為屏蔽，在與其他弱電信號連線時(shí)分開鋪設(shè)，對于周圍的電子設(shè)備進(jìn)行屏蔽，以免受到諧波的影響。還可以通過配置濾波器減少電磁噪聲的產(chǎn)生。

3.2 準(zhǔn)確接線防止電網(wǎng)畸變的發(fā)生

變頻器電路結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的電網(wǎng)畸變在實(shí)際運(yùn)行中時(shí)有發(fā)生。由于整流電路所用的二極管是由非線性器件構(gòu)成，在整流后輸出電壓同時(shí)向?yàn)V波電容充電，其中整流電壓和電容之差決定了充電電流的波形，充電完畢后由變頻器輸入電壓和電流對波形進(jìn)行檢測。在變頻器各相線的輸入電壓均為正弦波時(shí)，其輸入電流并不是正弦波。而當(dāng)變頻器的工作狀態(tài)處于不同頻率、不同電流時(shí)，其輸入的電流波形也會(huì)有所改變，在電動(dòng)機(jī)的頻率和電流增加的情況下，輸入電流也會(huì)由斷續(xù)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)狀態(tài)，使得電網(wǎng)的波形畸變也越來越小。

3.3 增強(qiáng)變頻器抗靜電干擾能力

靜電干擾是影響起重機(jī)正常運(yùn)行的一項(xiàng)重要因素。其中增強(qiáng)變頻器抗靜電干擾能力主要方法有：其一，將線路接地的方法，使控制器內(nèi)產(chǎn)生的靜電電荷傳入大地從而變頻器不受靜電干擾。其二，使環(huán)境保持在一定的濕度下，使得靜電電荷自動(dòng)消失于絕緣體上。其三，對控制器進(jìn)行屏蔽，組織電弧的擴(kuò)散，使設(shè)備免受靜電的影響。

總之，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，起重機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)發(fā)展也比較迅速。雖然發(fā)展方向比較高，且受到各方面的諸多限制，但是在各方面的積極配合下，我國起重機(jī)技術(shù)水平仍然穩(wěn)步提高?？偟膩碚f，變頻控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單且可靠性極高，其維護(hù)方面也比較容易，在市場上將逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。

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