华南理工大学学报(自然科学版)第25卷第7期JournalofSouthChinaUniversityofTechnologyVol.25No.71997年7月(NaturalScience)July1997桥式起重机的变频调速新方法陈贤明丘东元陈斌(华南理工大学自动控制工程系广州510641)摘要本文介绍了一个控制桥式起重机的变频调速系统,它根据桥吊的特殊性能要求,采用矢量控制方式,具备平滑调速、能量回馈、顺序制动等功能。本控制系统已在某电厂发电机房桥吊上投入使用,运行效果良好,完全满足用户要求。关键词桥式起重机;矢量控制;能量回馈;顺序控制中图资料分类号TP276桥式起重机是一种通用的生产机械,广泛应用于各类不同的工矿企业。它一般包括小车、大车、主钩和副钩四个部分,其中大、小车是正转和反转对称的平移机构,而主、副钩是位能负载,提升和下放的特性各不相同。目前,大部分桥式起重机采用交流拖动,传统的控制方法包括转子电路串接电阻有级调速、串级调速、改变定子电压调速和转子串电阻的晶闸管控制电流调速等。这些控制方法虽各有所长,但在不同程度上存在消耗功率大、效率低、低速起动力矩小、速度不太稳定、线路复杂和可靠性差等缺点。我们知道,矢量控制是通过控制转子电流来控制电机的电磁转矩,使系统具有良好的动态特性。因此为了改善桥式起重机调速特性,我们提出了采用矢量控制方法,对桥式起重机的主、副钩(位能负载)进行变频调速,以获得低速高力矩的特性。另外我们还在系统设计中增加能量回馈、顺序制动等环节,提高安全可靠性,从而更好地满足生产需要。1矢量控制矢量控制是模拟直流电动机的控制特点来控制异步电动机,也就是通过矢量变换将定子电流矢量分解成物理上不直接存在的转矩电流分量和励磁电流分量,再对这两个量分别进行控制,最后经过反变换,从而实现对异步电动机的控制。从产生电磁转矩的角度来看,异步电动机的转矩′T=CTΦmI2cosφ2(1)′可见它是气隙磁场Φm和转子电流的有功分量I2cosφ2相互作用而产生的。观察异步电动机的相量图(图1),发现异步电动机转子绕组的总磁链Ψ2=Ψm-Ψ2l,和转子电流I′2相互垂直,而且Φ2=Φmcosφ2,把它代入(1)式,得到′′T=CTΦmI2cosφ2=CTΦ2I2(2)因此,如果设法保持转子磁链Ψ2恒定,即保持转子磁通Φ2恒定,那么电机的转矩T就来稿日期:1995-03-31修改稿收到日期:1997-03-31陈贤明,男,1937年生,副教授;主要研究方向:工业自动化。©1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.801华南理工大学学报第25卷′和转子电流I2成正比,控制转子电流就能控制电机的转矩,从而能使系统拥有较好的动态特性,这就是按转子磁链定向的矢量控制方法的基本思想。图中:Ψ2-转子磁链Ψm-气隙磁链I1-定子电流I1T-I1的转矩电流分量I1M-I1的励磁电流分量′I2-转子电流′E2-转子电势φ2-转子功率因数角图1异步电动机相量图Fig.1Thevectorcircuitofasynchronousmotor控制桥式起重机的主钩和副钩,关键是要解决低速起动力矩大、下放时制动力矩大和速度要平稳,所以矢量控制这种面向转矩的控制方式特别适合于桥式起重机的主、副钩,而且变频调速中输出频率是逐渐变化的,可以实现平滑调速,也有利于准确定位。2能量回馈在一种常用的交-直-交变频器供电的变压变频调速系统中(如图2),能量是由电网经整流器、滤波器、逆变器等传输到异步电动机。当电动机快速制动或者带一位能负载时,电动机工作于发电状态。这时,电动机转子轴上的动能或负载的势能将转变为电能。由于二极管桥式整流器能量传输不可逆,能量将在滤波电容图2异步交-直-交变频器原理图上累积,产生泵升电压。泵升电压产生后,最简单的控Fig.2SchematicdiagramofAC2DC2AC制方法是在直流母线之间接通一个能耗电阻,将能量释converter放。但是像桥式电动机中主、副钩这样起、制动频繁且长时间带位能负载运行,能量浪费严重,同时制动力矩偏小,不满足起重机制动要求。所以设计的系统主电路(如图3),不仅可以实现再生制动,获得较大的制动力矩,而且可把一部分能量安全回馈到电网中,具有节能意义。图3中增添的具有能量回馈功能的逆变部分(逆变器Ⅱ)是由三相逆变器组成。异步电动机工作于发电状态时,滤波电容C储能,当直流母线电压升高超过设定值VDH时,逆变器Ⅱ开始工作,将直