摘要：本文主要介紹了門式起重機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣系統(tǒng)的特點(diǎn)，從硬件上闡述了施耐德ATV71系列變頻器在起重機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主機(jī)從機(jī)控制的方法，并列出了具體的調(diào)試步驟與主要參數(shù)，針對(duì)主從控制調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的主要故障現(xiàn)象給出了具體的解決辦法。

1引言

    水電站用門式起重機(jī)主要用來(lái)吊運(yùn)和啟閉閘門，也可進(jìn)行安裝作業(yè)。我單位為埃塞俄比亞GD-3水電站自主研發(fā)設(shè)計(jì)制造的2×160kN門機(jī)主要用于啟閉溢洪道底孔檢修閘門和尾水檢修閘門、溢洪道底孔檢修閘門沿大車行走方向運(yùn)至門庫(kù)存放等。

圖1ATV71系列變頻器

    施耐德公司推出的ATV71系列變頻器采用了高性能磁通矢量控制，可實(shí)現(xiàn)高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和超低速運(yùn)行，施耐德ATV71系列變頻器外形如圖1所示。本文主要介紹施耐德ATV71系列變頻器在門式起重機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)上的主從控制。

2門式起重機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)圖1ATV71系列變頻器

2.1機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

    大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)由安裝于門架下橫梁下的驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)。本機(jī)構(gòu)設(shè)4個(gè)Φ630車輪，其中2個(gè)為主動(dòng)輪，采用2套驅(qū)動(dòng)裝置分別驅(qū)動(dòng)。每套驅(qū)動(dòng)裝置由三合一減速器（KA107DRE132M4/BE11/HF）將扭矩直接傳至主動(dòng)輪，實(shí)現(xiàn)大車的運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)自帶制動(dòng)器，以滿足制動(dòng)要求。

2.2電氣系統(tǒng)特點(diǎn)

    由于此大車電氣控制系統(tǒng)中采用“一拖一”控制方案，即大車兩臺(tái)相同電機(jī)特性曲線的電機(jī)分別由兩臺(tái)相同變頻器單獨(dú)控制，由于此門機(jī)跨度較小，兩臺(tái)大車電機(jī)作為剛性連接，即兩臺(tái)大車電機(jī)速度保持同步。基于異步電機(jī)滑差的特性決定了在兩臺(tái)以上電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)一個(gè)剛性負(fù)載時(shí)，會(huì)發(fā)生負(fù)載分配不均的現(xiàn)象，嚴(yán)重的情況下甚至可能在輕負(fù)載狀態(tài)下發(fā)生一臺(tái)電機(jī)拖著另一臺(tái)電機(jī)工作。在這種情況下門機(jī)大車控制系統(tǒng)中為了避免這種情況，使門機(jī)大車每個(gè)電機(jī)出力均衡，本門機(jī)的大車運(yùn)行采用主機(jī)從機(jī)控制方式。變頻器采用施耐德ATV71系列高性能矢量型變頻器。其硬件線路如下圖2所示：

圖2變頻器主回路原理圖

3主從控制的實(shí)現(xiàn)方法

    用屏蔽雙絞線將主機(jī)的AOI輸出端子連到從機(jī)的AI2輸入端子上，兩臺(tái)變頻器均采用開(kāi)環(huán)控制，兩臺(tái)電機(jī)速度分別由各自變頻器給定，通過(guò)變頻器的主從控制宏實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩均衡，ATV71變頻器主機(jī)從機(jī)控制實(shí)現(xiàn)方法如下：

    主變頻器／電動(dòng)機(jī)工作在速度控制模式，從變頻器／電動(dòng)機(jī)工作在轉(zhuǎn)矩控制模式，主、從變頻器均采用開(kāi)環(huán)控制。主變頻器和從變頻器都使用同樣的速度給定，這個(gè)速度給定可以是模擬量，通訊或通過(guò)端子的預(yù)置速度，這里采用開(kāi)關(guān)量給定。通過(guò)將主變頻器的模擬輸出AO1接到從變頻器的模擬輸入AI2，也就是將主變頻器的轉(zhuǎn)矩給定給到從變頻器。主變頻器控制速度并將從變頻器強(qiáng)制在轉(zhuǎn)矩控制模式下以確保負(fù)載分配平衡。

    參數(shù)設(shè)置的方法：主變頻器和從變頻器都使用ATV71系列變頻器的主從宏，這樣可快速地設(shè)置轉(zhuǎn)矩控制功能。主變頻器的模擬輸出AO1設(shè)為“四象限力矩”。從變頻器AI2量程與主變頻器的AO1量程相同，都是0--20mA，從變頻器AI2設(shè)置為“轉(zhuǎn)矩給定”，同時(shí)將“模擬輸入2取值范圍”設(shè)為+/-100%。當(dāng)從變頻器的功率與主機(jī)功率不同時(shí)，可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩系數(shù)TRT，實(shí)現(xiàn)主變頻器和從變頻器輸出轉(zhuǎn)矩的比例大致相同。

    主變頻器和從變頻器使用同樣的速度給定，從變頻器實(shí)際是工作在轉(zhuǎn)矩給定的功能下，實(shí)際速度在速度給定正靜帶和速度給定減負(fù)靜帶之間是轉(zhuǎn)矩控制，如果超出此范圍，從變頻器將退出轉(zhuǎn)矩控制，切換到速度控制，因此正、負(fù)靜帶的設(shè)置也很重要。如果主變頻器和從變頻器轉(zhuǎn)矩平衡的效果不好，可以整定主變頻器速度環(huán)的比例增益和時(shí)間常數(shù)。

    為了既能防止從變頻器轉(zhuǎn)矩的大幅變化又能使從變頻器轉(zhuǎn)矩的變化跟得上主變頻器轉(zhuǎn)矩的變化，需要將從變頻器的轉(zhuǎn)矩斜坡時(shí)間調(diào)整到最佳數(shù)值。

4主從調(diào)試主要參數(shù)

    在設(shè)定變頻器的參數(shù)前，先分別進(jìn)行電機(jī)自整定，自整定通過(guò)之后分別將相應(yīng)參數(shù)下載到對(duì)應(yīng)的變頻器中去即可，這里主要列出變頻器的主從控制參數(shù)，見(jiàn)表1。

表1變頻器主從控制主要部分參數(shù)

5調(diào)試故障現(xiàn)象與處理辦法

5.1調(diào)試故障現(xiàn)象

    門機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)通電后大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)以一個(gè)恒定的速度連續(xù)運(yùn)行，觀察兩臺(tái)大車電機(jī)各自變頻器輸出的電機(jī)轉(zhuǎn)矩，發(fā)現(xiàn)兩臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)矩差值慢慢的開(kāi)始加大，最后一個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)矩+100%左右，另一個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)矩-100%左右，達(dá)到這個(gè)點(diǎn)時(shí)其中一個(gè)電機(jī)就出現(xiàn)“打滑顛簸”的現(xiàn)象，大車車輪與軌道發(fā)出很大的震動(dòng)響聲，顛簸過(guò)后，大車兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)矩差值就變??；大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)繼續(xù)運(yùn)行后兩臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)矩差值繼續(xù)慢慢加大，達(dá)到“打滑顛簸”的這個(gè)點(diǎn)時(shí)，大車車輪與軌道摩擦后繼續(xù)發(fā)出很大的震動(dòng)響聲。來(lái)回試了幾次，都是電機(jī)轉(zhuǎn)矩差值變大到一定程度后發(fā)生“打滑顛簸”現(xiàn)象。由于門機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)電氣控制系統(tǒng)是“一拖一”的，也就是一個(gè)變頻器帶一臺(tái)電機(jī)，兩臺(tái)電機(jī)由門架組成剛性連接，短時(shí)間運(yùn)行時(shí)看似正常，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行就直接暴露出現(xiàn)兩臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)矩不一致，達(dá)到一正一反的等量大小后就出現(xiàn)“打滑顛簸”的現(xiàn)象。兩臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)矩相反了，就會(huì)出現(xiàn)兩臺(tái)電機(jī)往兩個(gè)方向轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，轉(zhuǎn)矩大的就強(qiáng)迫轉(zhuǎn)矩小的跟著它一個(gè)方向轉(zhuǎn)，就出現(xiàn)車輪與軌道表面產(chǎn)生“摩檫顛簸”的現(xiàn)象。

5.2故障現(xiàn)象解決辦法

    出現(xiàn)以上故障現(xiàn)象后，按照表一主機(jī)從機(jī)設(shè)置主從控制主要變頻器參數(shù)，其余常用參數(shù)不變。當(dāng)變頻器以上主從控制主要參數(shù)設(shè)置完成后，啟動(dòng)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)，在變頻器面板上選擇“1.2監(jiān)視”，監(jiān)視“電機(jī)轉(zhuǎn)矩”、“電機(jī)電流”、“電機(jī)速度”，先監(jiān)視“電機(jī)轉(zhuǎn)矩”，在電機(jī)轉(zhuǎn)矩一致的情況下，再監(jiān)視電機(jī)速度與電機(jī)電流。當(dāng)此三個(gè)主要參數(shù)一致或者相差不大的時(shí)候，那主機(jī)從機(jī)控制就調(diào)試成功了。當(dāng)出現(xiàn)大車電機(jī)兩臺(tái)轉(zhuǎn)矩不一致的情侶況下，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整“轉(zhuǎn)矩系數(shù)”與主變頻器的“速度環(huán)比例增益”和“速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)”的百分比以及正靜帶設(shè)置DBP與負(fù)靜帶設(shè)置DBN參數(shù)就可以了。從該門式起重機(jī)的大車滿負(fù)載測(cè)試結(jié)果來(lái)看，主機(jī)從機(jī)變頻器的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩誤差在±1%以內(nèi)，變頻器動(dòng)態(tài)的跟蹤響應(yīng)也比較理想。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)2×160kN門機(jī)

6結(jié)束語(yǔ)

    經(jīng)過(guò)精心的設(shè)計(jì)、非洲工地的測(cè)試、調(diào)試，施耐德ATV71系列變頻器主從控制技術(shù)已經(jīng)成功的運(yùn)用在埃塞俄比亞GD-3水電站2×160kN門機(jī)上。門機(jī)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行總圖如圖3所示。經(jīng)檢測(cè)，主從控制實(shí)用、穩(wěn)定、安全可靠，受到非洲業(yè)主和國(guó)內(nèi)施工使用單位的一致好評(píng)。