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三峡左岸电站厂房1200/125t起重机副起升负载试验中缺陷分析和处理

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浏览 次【字号 】 发布时间:2012-7-2 打印本页

 
葛洲坝电厂水电建设监理公司 何幼军 
中国水利水电第八工程局三峡机电安装项目部 陈正新 陈剑锋 
He Youjun Chen Zhengxin Chen Jianfeng 
摘 要:本文简要描述异步电机变频传动方案中矢量控制的不足和缺点,并导出矢量控制变频调速原理的概念,在此基础结合三峡左岸电站厂房1200/125t起重机副起升负载试验中所遇到的缺陷进行分析,并介绍处理方法。希望本文能为三峡工程左岸电厂1200/125t桥式起重机和其它同类型的传动方案的调试试验、运行和故障分析提供参考。 
关键词:1200/125t桥式起重机副起升 负载试验 矢量控制 
Abstract: This paper mainly described the shortage and defect of 

Asynchronous motor on vector controlling. Basis on it,
 we analyzed the deficiency of 1200/125t hoisting machine on vice-debarking and lifting load test, while introduced its processing method.
 And made the reference of driving on debug test, 

running and fault analysis. 
Keywords: hoisting machine vice-debarking and lifting load test vector controlling 
[中图分类号] TM921 [文献标识码] B 文章编号 1561-0330(2002)03-0059-02 


1 前言 
  三峡工程左岸电厂主厂房内两台1200/125t桥式起重机是目前世界上单钩起重量最大的桥式起重机,这两台桥式起重机的大车行走机构、小车行走机构、主起升和副起升机构的电气传动方案为SCR-IGBT全数字交流变频调速传动方案,交流变频电机的控制为矢量闭环控制系统。系统调速比在主起升机构中重载时为1:10,轻载时为1:20(高于额定转速运行),无级调速;其它机构的系统调速比为1:10,无级调速。 
相对于矢量控制变频调速系统,纯量控制变频调速系统有哪些缺点或不足呢?现描述如下: 
1) 按U1/f1=CNST规律控制,虽然低频区通过补偿的办法使磁通保持恒定,但由于是频率开环控制系统,因此无法控制输出转矩; 
2) 按转差频率控制既可以控制磁通,又可以控制转矩,但磁通和转矩都与频率有关,因此无法实现磁通和转矩的独立控制; 
3) 带有转矩和磁通反馈的系统尽管实现了磁通和转矩的独立控制,也能使磁通随转矩的变化自动调节,从而提供轻载时的效率和功率因数,但并没有改变异步电机自身的一个关键性问题,即定子磁势与转子磁势二者并不垂直,故造成定、转子量交互耦合、彼此影响,静态和动态性能不能得到根本性改善。 
在直流电动机中,其转矩公式为M=CΦI,定子磁势F1和转子磁势F2二者之间是相互垂直的,理论上彼此完全不耦合,因此保持一个恒量就可以独立控制另一个量,从而控制电机的转矩,并且转矩始终保持最大值。 
异步电动机的转矩公式为: 
(1) 
异步电动机的转矩不仅与气隙磁通和转子电流有关,而且还与有关,即与转差率或转速有关。 
如果令: 

则异步电动机的转矩可表示为: 
M=CΦ2I2 (2) 
故异步电动机的转矩与直流电机的转矩形式相同。如果假设Φ2是转子磁通并与转子电流I2垂直,则异步电动机与直流电动机的特性相同。 
如果采用电流源或具有电流源特性的电压源供电,则因=常数,在采用按偏差调节磁通时,其反馈通道可表示为: 
(3) 
且输出三相电流表达式(前馈)为: 
(4) 


2 三峡左岸电站厂房1200/125t起重机副起升负载试验中缺陷和定性分析 
  三峡左岸电站厂房1200/125t起重机副起升负载试验于2002年1月29日开始进行2号桥机副起升负载试验。当负荷加载到125 t(100%额定负载)上升4档(50 Hz)时,变频器控制面板上频率的采样值在42~50Hz之间往复变化。经查为电动机输出轴的制动盘与制动器之间摩擦,调整制动器间隙后,电机荷载125 t上升4档试验通过,此时,电动机的定子电压为AC387V,定子电流为225A。 
当2号桥机副起升加载到157.25 t(125%额定负载)5档(5 Hz)进行静负载试验时,变频器控制面板上频率的采样值在2~5Hz之间往复变化,因此着重考核机械方面的性能,故忽略了电气性能的检查和考核。 
当2号桥机副起升加载到137.5 t(110%额定负载)5档(5 Hz)进行动负载试验时,变频器控制面板上频率的采样值在2~5Hz之间往复变化,接着在司机室进行2档、3档和4档上升试验后,频率还是在2~5Hz之间往复变化。 
当1号桥机副起升加载到125 t(100%额定负载)5档(5 Hz)进行动负载试验时,变频器控制面板报F015电机堵转信号。 
发生这种现象原因是什么呢?根据有关技术资料规定,在1~50Hz范围内,应保持转矩恒定,因此不难作出副起升的机械特性曲线如图1所示。假设将电动机额定负载所需要的转矩定义为1.0Me,则根据图1分析如下: 
电机荷载125t上升4档试验时,电动机的定子电压为AC387V,定子电流为225A。电机的铭牌值为:定子电压为AC400V,定子电流为210A。变频器中有关受控对象变频电机的定子电流限制在EEPROM中设定为210A,因此在荷载125 t上升4档试验时,定子电流已经超过了限值(有测量误差)。当负载进一步增加后,则电机的机械特性沿CD线段移动,因此没有实现恒转矩特性。恒转矩特性应该是在不同的负载所需要的转矩为平行于n轴的曲线族。同时可以推出2号桥机在1.1Me时的频率稳定范围为0~2Hz。 

3 三峡左岸电站厂房1200/125t起重机副起升负载试验缺陷定量分析和处理方法 
  矢量控制交流变频传动方案的基本原理是,采用现代电机控制理论的派克-戈列夫变换中的电流方程,将一个交流三相异步电机转换成一个直流电机的模型。其反馈通道和前馈通道分别为: 
反馈通道 (5) 
前馈通道 (6) 
从(5)式和(6)式可以看出,在矢量控制交流变频传动方案中,变频装置所控制的输出的电流。在(5)式中,电流分量Ix保持电机的磁通恒定;而从(4)式的转矩等式中,可以看出通过调节电流分量Iy可以改变电机的输出转矩。因为直流电机的磁通是恒定不变的,因此(4)式的转矩只有通过调节Iy才能实现恒转矩特性。结合电机的测速装置,可作出变频器与变频电动机的闭环控制系统方框图如图2所示。 
该副起升变频器输出电流根据项目制造合同的允许电机短时过流倍数选定为430A,变频器的控制器允许电机的负载电流为315A,故将原来的限值由210A改为315A,重新进行各负载工况的试验,机械特性硬,采样频率稳定。 

4 三峡左岸电站厂房1200/125t起重机副起升负载试验参数 
  为证实修改定值后的转矩恒定,现将1号桥机副起升在负载为125t时各档的实测参数汇总如表1 所示。 
而在110%额定负载时,两台桥机副起升的参数设定一样,但两台桥机的副起升的电流和电压分别为, 
1号桥机副起升上升4档:定子电压为AC347V,电流为307A; 
2号桥机副起升上升4档:定子电压为AC387V,电流为249A。 
这说明1号桥机的机械附加转矩比2号桥机大。 

5 结束语 
  通过对三峡左岸电站厂房1200/125t起重机副起升负载试验中的缺陷分析和处理,使我们认识到,在矢量控制交流变频调速系统中,如果出现机械特性恶化,原因是机械附加转矩增加后,在电气设备的短时过流能力允许的范围内,可以扩大参数的范围,从而给机械提供一个磨合期。

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