變頻調(diào)速在船閘電氣控制系統(tǒng)中的合理應(yīng)用

顧小文

摘 要：通過變頻調(diào)速在船閘電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠促進(jìn)船閘控制的整體質(zhì)量，保證航運通行的效果。變頻調(diào)速系統(tǒng)和邏輯控制器在航運電氣控制系統(tǒng)中的有效應(yīng)用，能夠提高電氣線路各個裝置的靈敏程度，有效減少故障幾率，且為檢修工作帶來便捷。通過實踐證明，電氣控制系統(tǒng)運用的變頻調(diào)速和邏輯控制器，能夠極大的提高整機作業(yè)的性能，并且延長電動機的使用壽命提高整體的安全系數(shù)。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速；船閘電氣控制系統(tǒng)；應(yīng)用分析

中圖分類號：U641 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）34-0170-02

Abstract： The application of variable frequency speed regulation in the shiplock electrical control system can promote the overall quality of shiplock control and ensure the effect of shipping passage. The effective application of variable frequency speed regulation system and logic controller in shipping electrical control system can improve the sensitivity of electrical circuit devices， thus effectively reducing the probability of failure， and bring convenience to the maintenance work. It is proved by practice that the frequency conversion speed regulation and logic controller used in the electric control system can greatly improve the performance of the whole machine and extend the service life of the motor and improve the overall safety factor.

Keywords： variable frequency speed regulation； shiplock electric control system； application analysis

由于我國河流眾多，航運在交通運輸中占據(jù)重要的地位。航運具有運量大、能源消耗低、環(huán)境污染小的優(yōu)點，對社會經(jīng)濟發(fā)展具有非常重要的促進(jìn)作用。為了提高船舶通行的能力，必須要積極加強電氣控制系統(tǒng)，通過運用變頻調(diào)速技術(shù)，能夠保證船閘控制的整體質(zhì)量。

1 變頻調(diào)速系統(tǒng)概述及原理

隨著計算機技術(shù)、機電控制技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用，促進(jìn)船閘電氣自動化的快速發(fā)展，尤其是內(nèi)河航運呈現(xiàn)出專業(yè)化、大型化、自動化的方向發(fā)展，利用變頻調(diào)速系統(tǒng)的無極、無觸點、可頻繁啟動、功率因數(shù)大的優(yōu)點，能夠促進(jìn)船閘通航的整體質(zhì)量不斷提高。

變頻調(diào)速器大多數(shù)主要以可編程控制器作為核心，利用液壓傳動以及機械傳動等不同的變頻調(diào)速方式，變頻調(diào)速系統(tǒng)包括變頻器控制系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)以及電磁抱閘系統(tǒng)。變頻調(diào)速的主要原理是，當(dāng)電機在啟動時，電網(wǎng)中的50Hz交變頻率電流會通過變頻調(diào)整來減少電機旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速之差，保證電機旋轉(zhuǎn)接近或者同步速插，促進(jìn)轉(zhuǎn)子的扭距不斷提高，隨著變頻器的頻率逐漸提升，直至到50Hz左右，實現(xiàn)平穩(wěn)啟動的效果。交流變頻調(diào)速可以起到平穩(wěn)制動的功能，緩和機械的沖擊，有利于提高調(diào)速系統(tǒng)的可靠性與安全性，保證調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能效果。

2 變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 可編程控制器

可編程控制器作為計算機技術(shù)與繼電器邏輯控制系統(tǒng)結(jié)合的產(chǎn)物，能夠針對各種復(fù)雜的控制任務(wù)進(jìn)行自動調(diào)控，可編程控制器具有非常多的優(yōu)點，首先它能夠具有良好的可靠性，在航運工作環(huán)境中得到充分的適應(yīng)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)自我診斷，還能夠針對故障進(jìn)行自動維護，并且可編程控制器還能夠在高溫沖擊粉塵等惡劣條件下進(jìn)行工作；可編程控制器并不需要各種特殊的機房或者嚴(yán)格的屏蔽保障，在使用時只需要正確的安裝就能夠快速運行，在各個模塊上均裝有故障指示裝置，如果模塊出現(xiàn)故障，則可以自動顯示故障；還有大多數(shù)的模塊都可以進(jìn)行帶電插拔、自由更換，在最大程度上減少故障停機的時間，快速恢復(fù)運轉(zhuǎn)。除此之外，可編程控制器還具有功能強、價格低的優(yōu)勢，不僅其質(zhì)量和功能不斷提升，體積一直降低，而且使用的壽命得到不斷延長，所以可編程控制器在變速調(diào)控系統(tǒng)中具有非常重要的作用。

2.2 人機交互界面

人機交互界面則能夠觀察船閘控制的主要狀態(tài)，及時的發(fā)布指令，通過與可編程控制器和數(shù)據(jù)信息進(jìn)行交換，完成上位機組態(tài)軟件的控制效果，通過可編程軟件數(shù)據(jù)信息交換能夠讓各項數(shù)據(jù)更加直觀清晰的展現(xiàn)出來，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況能夠及時的發(fā)出信號警告。

變頻器是變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要設(shè)備，必須加強對變頻器的功率、型號進(jìn)行分析，保證變頻器與電機相匹配，控制系統(tǒng)包括可編程控制器、人機交互界面、檢測裝置等?？删幊炭刂破髦饕墓δ芫褪鞘占l在運行過程中產(chǎn)生的各項數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集與整理，對電磁抱閘保護動作進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控。傳動系統(tǒng)能夠?qū)Υl變頻調(diào)速，通過改變傳動系統(tǒng)的方式來控制船閘狀態(tài)。由于船閘使用的動力系統(tǒng)不同，導(dǎo)致傳動系統(tǒng)有液壓傳動與電機傳動兩種不同類型。液壓傳動包括油缸活塞桿、油泵、電機等構(gòu)件，所以在液壓傳動系統(tǒng)中電機轉(zhuǎn)速與泵流量和電流頻率之間具有正比關(guān)系，通過變頻器對電流的頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)就能夠及時的對液壓系統(tǒng)的流量進(jìn)行控制，達(dá)到調(diào)速變頻的效果。

2.3 電動傳動系統(tǒng)

電機傳動系統(tǒng)包括電機、變速齒輪以及齒條。當(dāng)變頻器在改變輸出頻率之后，電機轉(zhuǎn)速改變，主軸輸出轉(zhuǎn)矩也會發(fā)生變化，經(jīng)變速齒輪與齒條傳遞到負(fù)載上后，也能夠?qū)Υl進(jìn)行合理調(diào)控。

3 變頻調(diào)速在船閘電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 恰當(dāng)選擇變頻器

由于船閘控制系統(tǒng)中閘門電機主要功率在15kW左右，轉(zhuǎn)速分為高、中、低三檔，通過不同交流變頻器驅(qū)動在引入變頻器之后，確?？刂葡到y(tǒng)在閘門啟動時能夠抱閘裝置打開，避免出現(xiàn)溜車的問題，閘門電機與電磁抱閘控制系統(tǒng)來配合實現(xiàn)閘門啟停工作。在應(yīng)用變頻器的過程中，必須要保證變頻器與船閘適應(yīng)性。由于在該船中船閘屬于提升式負(fù)載，變頻器的容量應(yīng)該提升一個檔次，18.5kW為佳。

3.2 科學(xué)設(shè)定運轉(zhuǎn)參數(shù)

在對閘門電機高、中、低三檔運行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時，必須要設(shè)定具體的運行參數(shù)，這樣才能夠保證頻率與轉(zhuǎn)速一一對應(yīng)。

感應(yīng)式交流電機的旋轉(zhuǎn)速度取決于電機的極數(shù)和頻率，由電機的工作原理決定電機的極數(shù)是固定不變的，由于該極數(shù)值不是一個連續(xù)的數(shù)值（為2的倍數(shù)，例如極數(shù)為2，4，6），所以頻率能夠在電機的外面調(diào)節(jié)后再供給電機，這樣電機的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的控制。以控制頻率為目的的變頻器是作為電機調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備。

3.3 閘門電磁抱閘設(shè)計

在變頻器啟動之后如果電機出現(xiàn)預(yù)定的電流，則輸出信號能夠打開電磁抱閘。通過內(nèi)部控制器，抱閘功能在電流頻率達(dá)到設(shè)定值時通過輸出信號對可編程控制器進(jìn)行反饋，在可編程控制器反饋處理之后發(fā)出處理信號，將電磁抱閘關(guān)閉。

3.4 變頻器的抗干擾設(shè)計

在開斷設(shè)計時由于出現(xiàn)高次諧波很容易導(dǎo)致電壓電流受到影響，產(chǎn)生畸變造成嚴(yán)重干擾，引發(fā)設(shè)備的誤觸動，必須要加強對于變頻器的抗干擾設(shè)計，保證變頻器控制的可靠性與安全性。在變頻器抗干擾設(shè)計時要保證分開接地，將接地端子與動力地線直接連接，而控制裝置則應(yīng)該與控制地線連接，另外加強設(shè)備布置工作。由于電壓波形會產(chǎn)生許多的諧波導(dǎo)致變頻器的輸出電流增大，造成電機繞組發(fā)熱，產(chǎn)生振動、噪音等問題，加速絕緣老化，而且很容易引發(fā)電機故障。在安裝變頻器的過程中，必須要對變頻器的距離進(jìn)行控制，通過縮短與電機之間的配線長度，實現(xiàn)變頻器與電機的直連，另外要加強布線控制，在船閘系統(tǒng)中有各種各樣的電線，包括動力線、控制線、計算機線、儀表線等，如果沒有合理規(guī)劃布線，很容易導(dǎo)致各個線路之間出現(xiàn)信號干擾。在綜合布線時，必須要對不同的線槽進(jìn)行分開，避免電纜動力線與信號線相互交叉的問題，如果無法避免，則應(yīng)該將兩者隔開，保證足夠的間距，減少信號被干擾的可能性。同時要盡可能的減少高次諧波，由于高次諧波對電機具有極大的破壞性。在應(yīng)用變頻器時必須要減少高次諧波的產(chǎn)生，通過在變頻器中安裝濾波器，可以快速的過濾高次諧波，另外還可以通過自帶線路電抗器的方式來加強對于變頻器的電流畸變控制，盡可能的減少，對主電源產(chǎn)生的信號干擾。

4 結(jié)束語

通過本文對變頻調(diào)速在船閘電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用分析，說明變頻調(diào)速對電動機調(diào)速的具體應(yīng)用效果，也能夠提高船閘電氣控制系統(tǒng)的整體運行質(zhì)量，避免內(nèi)部電機裝置出現(xiàn)摩擦，保障電機的使用壽命。對于交流調(diào)速系統(tǒng)而言，交流電機的時間參數(shù)調(diào)整非常困難，在調(diào)速的過程中可以利用變頻器自動功能的設(shè)定來實現(xiàn)時間參數(shù)的設(shè)定，能夠保證變頻器在短時間內(nèi)運行無任何負(fù)載電機，并且實現(xiàn)快速測量電機參數(shù)的效果，可以更好的存入變頻器內(nèi)部，保證旋轉(zhuǎn)變幅電機達(dá)到最佳的工作狀態(tài)。

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