變頻器在某艦用庫(kù)內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)裝置控制系統(tǒng)改進(jìn)中的應(yīng)用

王炎龍

【摘 要】本文從庫(kù)內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)裝置在實(shí)際使用中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，分別介紹了轉(zhuǎn)運(yùn)裝置改進(jìn)前的控制系統(tǒng)和采用變頻器的控制系統(tǒng)，分析了兩者的工作原理和調(diào)速方式，采用變頻器的控制方式很好的解決了實(shí)際中的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)運(yùn)裝置的有級(jí)調(diào)速向無(wú)級(jí)調(diào)速的轉(zhuǎn)變，提高了庫(kù)內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)效率。

【關(guān)鍵詞】雙繞組雙速電機(jī)；接觸器；變頻器；調(diào)速

中圖分類號(hào)： TD63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）23-0011-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.23.003

【Abstract】This paper analyzes the problems existing in the practical use of the rolls transfer device， The improved control system and the control system with frequency converter are introduced respectively， The working principle and speed regulation mode of the two are analyzed， The control of the frequency converter works well to solve the problems in practice， It realize that transition of step speed regulation to stepless speed regulation of transfer device， Increase that transport efficiency in the reservoir.

【Key words】Double wiring double speed motor；Contactor；Transducer；Speed governing

0 引言

某型艦用庫(kù)內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)裝置主要用來(lái)控制車架機(jī)構(gòu)沿前后方向、左右方向和升降方向運(yùn)動(dòng)，以此來(lái)完成對(duì)艙內(nèi)物品的轉(zhuǎn)移和堆放，是艦上艙內(nèi)物資轉(zhuǎn)運(yùn)的重要組成部分。在實(shí)際使用中驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用雙繞組雙速電機(jī)，使用時(shí)需要哪種轉(zhuǎn)速將相應(yīng)的繞組接入電源以滿足不同情況下的使用需求。在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)大車架沿前后方向直接以高速啟動(dòng)時(shí)由于大車架機(jī)械結(jié)構(gòu)自身慣性較大特別是在帶載狀態(tài)下，導(dǎo)致大車架在啟動(dòng)時(shí)刻和停止時(shí)刻晃動(dòng)較為嚴(yán)重，給實(shí)際操作帶來(lái)不便，影響艙內(nèi)物品的轉(zhuǎn)移效率。隨著現(xiàn)代大功率電子技術(shù)的發(fā)展， 交流電機(jī)調(diào)速用的變頻器的性能日新月異， 調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、功率因數(shù)高、操作方便且便于同其他設(shè)備接口等一系列優(yōu)點(diǎn)，使變頻器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[1]。因此在改進(jìn)設(shè)計(jì)方案中引入變頻器控制方式，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)運(yùn)裝置從有級(jí)調(diào)速向無(wú)級(jí)調(diào)速的轉(zhuǎn)變，實(shí)際使用中很好的解決了電機(jī)高速啟動(dòng)或停止瞬間帶來(lái)的大車架機(jī)械結(jié)構(gòu)晃動(dòng)嚴(yán)重的問(wèn)題，提升了庫(kù)內(nèi)物品轉(zhuǎn)運(yùn)的效率。

1 原調(diào)速系統(tǒng)控制方式

1.1 雙速電機(jī)調(diào)速原理

異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：

N1=N2×（1-s）=60f/p×（1-s）（1）

N2=60f/p（2）

式中：N2為電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速；N1為電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速；s為電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，反應(yīng)異步電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速的差異；f為電源頻率；p為電動(dòng)機(jī)繞組極對(duì)數(shù)。

從（1）式和（2）式中可知，當(dāng)電源頻率f不變時(shí)，改變電機(jī)繞組極對(duì)數(shù)p，可以改變電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。雙繞組雙速電機(jī)就是利用這個(gè)原理在電機(jī)定子槽內(nèi)嵌入兩套定子繞組，兩組繞組各自獨(dú)立具有不同的極對(duì)數(shù)，通常為4/12、4/16、4/24等變極方式，采用改變極對(duì)數(shù)的方式進(jìn)行調(diào)速需要定子繞組的極對(duì)數(shù)能夠依據(jù)外部接線的改變而改變[2]。由于電機(jī)的極對(duì)數(shù)的改變是一個(gè)跳變的過(guò)程，因此在電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線上將有一個(gè)臺(tái)階變化，不能實(shí)現(xiàn)平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速。

1.2 雙速電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)

系統(tǒng)采用三臺(tái)4/12極的雙繞組雙速電機(jī)，分別控制前后、左右、上下三個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)，接線方式采用△/YY型連接方式，低速時(shí)接成△型方式，高速時(shí)接成YY型方式，采用通電延時(shí)時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)電機(jī)低速向高速的自動(dòng)切換[3]。

手持控制器通過(guò)按鈕的閉合和斷開來(lái)控制與其串聯(lián)的繼電器線圈的得電和失電，繼電器的輔助觸點(diǎn)與相應(yīng)接觸器主線圈串聯(lián)，繼電器輔助觸點(diǎn)的閉合和斷開控制接觸器線圈的得電和失電，接觸器主觸點(diǎn)串聯(lián)至電機(jī)前級(jí)，接觸器主觸點(diǎn)的閉合和斷開決定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和停止。在控制回路中引入通電延時(shí)時(shí)間繼電器以實(shí)現(xiàn)電機(jī)低速向高速的自動(dòng)切換，時(shí)間繼電器觸點(diǎn)和控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的接觸器主線圈串聯(lián)，通過(guò)設(shè)置時(shí)間繼電器通斷延時(shí)的時(shí)間，使電機(jī)先工作在低速狀態(tài)，延時(shí)時(shí)間一到，將電機(jī)由低速狀態(tài)切換到高速狀態(tài)。三個(gè)方向運(yùn)動(dòng)方式相同，以大車架運(yùn)動(dòng)為例，具體電路圖見圖4和圖5。

大車架低速運(yùn)行：按下按鈕SB2的前進(jìn)方向按鍵，正轉(zhuǎn)方向繼電器K2線圈得電，線圈得電后其常開觸點(diǎn)1和3閉合，與其串聯(lián)的正轉(zhuǎn)方向接觸器KM1主線圈得電，主線圈得電后其主觸點(diǎn)和輔助常開觸點(diǎn)13和14閉合，與其常開輔助觸點(diǎn)串聯(lián)的低速接觸器KM4主線圈得電，KM4主線圈得電后其主觸點(diǎn)閉合，此時(shí)電機(jī)以低速正向方式運(yùn)轉(zhuǎn)，松開按鈕后電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，按下SB2后退方向按鈕時(shí)電機(jī)以低速反向方式運(yùn)轉(zhuǎn)。

大車架高速運(yùn)行：手持控制器旋鈕SB1按下選擇高速運(yùn)行，速度選擇中繼器K1線圈得電，按下SB2前進(jìn)方向按鈕，正轉(zhuǎn)方向中繼器K2線圈得電，線圈得電后其常開觸點(diǎn)1和3閉合，與其串聯(lián)的正轉(zhuǎn)方向接觸器KM1主線圈得電，主線圈得電后其主觸點(diǎn)和輔助常開觸點(diǎn)13和14閉合，與其常開輔助觸點(diǎn)串聯(lián)的通電延時(shí)時(shí)間繼電器KT1線圈得電，通電延時(shí)時(shí)間繼電器KT1常開觸點(diǎn)25和28先閉合t秒（數(shù)值可調(diào)）再斷開，在這閉合t秒內(nèi)與其串聯(lián)的低速接觸器KM4主線圈得電，KM4主線圈得電后其主觸點(diǎn)閉合，此時(shí)電機(jī)以低速正向方式運(yùn)轉(zhuǎn)，t秒后繼電器KT1常開觸點(diǎn)25和28斷開，低速接觸器KM4主線圈失電，繼電器KT1常閉觸點(diǎn)15和18由斷開變?yōu)殚]合，與其串聯(lián)的高速接觸器KM3主線圈得電，KM3主線圈得電后其主觸點(diǎn)閉合，此時(shí)電機(jī)以高速正向方式運(yùn)轉(zhuǎn)，完成電機(jī)由低速到高速的自動(dòng)切換，松開按鈕后電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，按下SB2后退方向按鈕時(shí)電機(jī)以相同方式反向運(yùn)轉(zhuǎn)。

大車架高速運(yùn)行時(shí)利用通電延時(shí)時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)了電機(jī)從低速向高速的自動(dòng)切換，避免了電機(jī)直接由零速啟動(dòng)到高速狀態(tài)，而是先由零速啟動(dòng)到低速狀態(tài)，再由低速切換到高速，一定程度上減少了大車架直接高速啟動(dòng)帶來(lái)的沖擊和晃動(dòng)。但是仍然不能避免電機(jī)啟動(dòng)或者停止以及低速運(yùn)行過(guò)程中速度切換帶來(lái)的大車架的劇烈沖擊和嚴(yán)重晃動(dòng)。電機(jī)高速運(yùn)行速度曲線如圖3所示。同時(shí)由電路原理圖可以看出為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞和電機(jī)動(dòng)作的執(zhí)行采用了大量的繼電器和接觸器，繼電器和接觸器在使用中頻繁的吸合斷開，容易造成線圈的燒毀和觸點(diǎn)的燒結(jié)，給后續(xù)的使用和故障的排查帶來(lái)一定的麻煩。

2 基于變頻器的控制方式

變頻器能實(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電機(jī)的軟起動(dòng)、無(wú)級(jí)調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、節(jié)能、具有過(guò)流/過(guò)壓/過(guò)載保護(hù)等功能，使得變頻器在實(shí)際中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[4]。

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)所和工作環(huán)境的情況，改進(jìn)的控制系統(tǒng)中直接使用開關(guān)量作為變頻器的輸入信號(hào)，控制形式簡(jiǎn)單，系統(tǒng)采用SEW的MDX60/61B型變頻器，大/小車平移機(jī)構(gòu)由于其慣量較大，負(fù)載變化相對(duì)較小，基本上屬于阻力性負(fù)載，采用VFC的控制模式，在變頻器內(nèi)部通過(guò)參數(shù)設(shè)置，確定轉(zhuǎn)運(yùn)裝置的加減速曲線、加減速時(shí)間、運(yùn)行速度、過(guò)流過(guò)載保護(hù)等功能，升降裝置仍采用原雙速電機(jī)控制方式。

系統(tǒng)通過(guò)高電平開關(guān)量的控制向變頻器外部端子輸入指令信號(hào)，變頻器中央處理器根據(jù)輸入的指令信號(hào)對(duì)其進(jìn)行分析處理，然后按照設(shè)定的參數(shù)對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)、調(diào)速和啟動(dòng)停止的控制，以大車架運(yùn)動(dòng)為例，電路原理圖如圖4所示。當(dāng)繼電器K1和K2常開觸點(diǎn)閉合時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)繼電器K1和K3常開觸點(diǎn)閉合時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)；繼電器K4常閉觸點(diǎn)閉合時(shí)電機(jī)工作在預(yù)先設(shè)定的速度n11上，繼電器K4常開觸點(diǎn)閉合時(shí)電機(jī)工作在預(yù)先設(shè)定的速度n21上；上述繼電器觸點(diǎn)的控制同圖2中的控制方式，繼電器線圈與手持控制器按鈕串聯(lián)，通過(guò)按鈕的按下與斷開使線圈得電或者失電，從而控制繼電器觸點(diǎn)的開啟和閉合。

變頻器的參數(shù)一般分為十個(gè)功能組，有幾百個(gè)參數(shù)，但是九成左右都是出廠時(shí)設(shè)置好的，實(shí)際應(yīng)用時(shí)一般修改的參數(shù)不超過(guò)10%。在速度控制上系統(tǒng)采用直線加減速的控制方式，通過(guò)設(shè)定加速時(shí)間和減速時(shí)間來(lái)改變速度曲線，加減速時(shí)間根據(jù)實(shí)際負(fù)載適時(shí)調(diào)整，否則容易引起加速過(guò)流和過(guò)壓或者減速過(guò)流和過(guò)壓，加減速時(shí)間設(shè)定范圍為0～2000s，電機(jī)速度運(yùn)行曲線見圖5，由圖可以看出電機(jī)啟動(dòng)后沿均勻的加速度加速到指定速度，且加速時(shí)間可以根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)調(diào)整，減速階段與加速階段類似。由于電機(jī)采用VFC的工作方式，因此可以通過(guò)使用DBG60B面板對(duì)變頻器進(jìn)行調(diào)試和參數(shù)設(shè)定，使用時(shí)將DBG60B面板插入變頻器XT端子槽中，操作簡(jiǎn)單便于攜帶，DBG60B面板如圖6所示。

3 總結(jié)

采用變頻器的轉(zhuǎn)運(yùn)裝置控制系統(tǒng)，在實(shí)際運(yùn)行中情況良好，大車架高速啟動(dòng)或停止帶來(lái)的晃動(dòng)嚴(yán)重問(wèn)題得到了很好的解決，系統(tǒng)啟動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程快速平穩(wěn)，提高了轉(zhuǎn)運(yùn)效率，變頻器控制電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，采用DBG60B面板進(jìn)行調(diào)試操作方便，避免了采用大量行程開關(guān)與接觸器、繼電器組成的復(fù)雜電路的連接，而且還可以通過(guò)變頻器參數(shù)設(shè)置多種保護(hù)功能，變頻器提供故障代碼顯示功能，使得故障信息的診斷和維修變得十分容易。

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