摘要：本文主要介紹了門式起重機大車運行機構(gòu)的機械結(jié)構(gòu)和電氣系統(tǒng)的特點，從硬件上闡述了施耐德ATV71系列變頻器在起重機大車運行機構(gòu)實現(xiàn)主機從機控制的方法，并列出了具體的調(diào)試步驟與主要參數(shù)，針對主從控制調(diào)試過程中出現(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主要用來吊運和啟閉閘門，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)計制造的2×160kN門機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至門庫存放等。

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，可實現(xiàn)高啟動轉(zhuǎn)矩和超低速運行，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大車運行機構(gòu)上的主從控制。

2門式起重機大車運行機構(gòu)的特點圖1ATV71系列變頻器

2.1機械結(jié)構(gòu)特點

大車運行機構(gòu)由安裝于門架下橫梁下的驅(qū)動輪驅(qū)動。本機構(gòu)設(shè)4個Φ630車輪，其中2個為主動輪，采用2套驅(qū)動裝置分別驅(qū)動。每套驅(qū)動裝置由三合一減速器（KA107DRE132M4/BE11/HF）將扭矩直接傳至主動輪，實現(xiàn)大車的運行，電動機自帶制動器，以滿足制動要求。

2.2電氣系統(tǒng)特點

由于此大車電氣控制系統(tǒng)中采用“一拖一”控制方案，即大車兩臺相同電機特性曲線的電機分別由兩臺相同變頻器單獨控制，由于此門機跨度較小，兩臺大車電機作為剛性連接，即兩臺大車電機速度保持同步?；诋惒诫姍C滑差的特性決定了在兩臺以上電機同時驅(qū)動一個剛性負(fù)載時，會發(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)生一臺電機拖著另一臺電機工作。在這種情況下門機大車控制系統(tǒng)中為了避免這種情況，使門機大車每個電機出力均衡，本門機的大車運行采用主機從機控制方式。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主從控制的實現(xiàn)方法

用屏蔽雙絞線將主機的AOI輸出端子連到從機的AI2輸入端子上，兩臺變頻器均采用開環(huán)控制，兩臺電機速度分別由各自變頻器給定，通過變頻器的主從控制宏實現(xiàn)兩個電動機的轉(zhuǎn)矩均衡，ATV71變頻器主機從機控制實現(xiàn)方法如下：

主變頻器／電動機工作在速度控制模式，從變頻器／電動機工作在轉(zhuǎn)矩控制模式，主、從變頻器均采用開環(huán)控制。主變頻器和從變頻器都使用同樣的速度給定，這個速度給定可以是模擬量，通訊或通過端子的預(yù)置速度，這里采用開關(guān)量給定。通過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功率不同時，可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩系數(shù)TRT，實現(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，從變頻器實際是工作在轉(zhuǎn)矩給定的功能下，實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)行電機自整定，自整定通過之后分別將相應(yīng)參數(shù)下載到對應(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

門機大車運行機構(gòu)通電后大車運行機構(gòu)以一個恒定的速度連續(xù)運行，觀察兩臺大車電機各自變頻器輸出的電機轉(zhuǎn)矩，發(fā)現(xiàn)兩臺電機轉(zhuǎn)矩差值慢慢的開始加大，最后一個電機轉(zhuǎn)矩+100%左右，另一個電機轉(zhuǎn)矩-100%左右，達(dá)到這個點時其中一個電機就出現(xiàn)“打滑顛簸”的現(xiàn)象，大車車輪與軌道發(fā)出很大的震動響聲，顛簸過后，大車兩個電機轉(zhuǎn)矩差值就變??；大車運行機構(gòu)繼續(xù)運行后兩臺電機轉(zhuǎn)矩差值繼續(xù)慢慢加大，達(dá)到“打滑顛簸”的這個點時，大車車輪與軌道摩擦后繼續(xù)發(fā)出很大的震動響聲。來回試了幾次，都是電機轉(zhuǎn)矩差值變大到一定程度后發(fā)生“打滑顛簸”現(xiàn)象。由于門機大車運行機構(gòu)電氣控制系統(tǒng)是“一拖一”的，也就是一個變頻器帶一臺電機，兩臺電機由門架組成剛性連接，短時間運行時看似正常，長時間運行就直接暴露出現(xiàn)兩臺電機轉(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。兩臺電機轉(zhuǎn)矩相反了，就會出現(xiàn)兩臺電機往兩個方向轉(zhuǎn)的趨勢，轉(zhuǎn)矩大的就強迫轉(zhuǎn)矩小的跟著它一個方向轉(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，按照表一主機從機設(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，啟動大車運行機構(gòu)，在變頻器面板上選擇“1.2監(jiān)視”，監(jiān)視“電機轉(zhuǎn)矩”、“電機電流”、“電機速度”，先監(jiān)視“電機轉(zhuǎn)矩”，在電機轉(zhuǎn)矩一致的情況下，再監(jiān)視電機速度與電機電流。當(dāng)此三個主要參數(shù)一致或者相差不大的時候，那主機從機控制就調(diào)試成功了。當(dāng)出現(xiàn)大車電機兩臺轉(zhuǎn)矩不一致的情侶況下，根據(jù)實際情況調(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。從該門式起重機的大車滿負(fù)載測試結(jié)果來看，主機從機變頻器的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩誤差在±1%以內(nèi)，變頻器動態(tài)的跟蹤響應(yīng)也比較理想。

圖3 現(xiàn)場2×160kN門機

6結(jié)束語

經(jīng)過精心的設(shè)計、非洲工地的測試、調(diào)試，施耐德ATV71系列變頻器主從控制技術(shù)已經(jīng)成功的運用在埃塞俄比亞GD-3水電站2×160kN門機上。門機現(xiàn)場運行總圖如圖3所示。經(jīng)檢測，主從控制實用、穩(wěn)定、安全可靠，受到非洲業(yè)主和國內(nèi)施工使用單位的一致好評。