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理想3100變頻器在建筑升降機(jī)行業(yè)的應(yīng)用

本文以某公司采用理想3100變頻器控制的建筑升降機(jī)為例，詳細(xì)分析了該建筑升降機(jī)的控制原理與電氣系統(tǒng)。

摘   要：相比傳統(tǒng)控制方式，采用變頻器控制方式的建筑升降機(jī)，不僅能避免電機(jī)在啟動(dòng)和停止瞬間因輸出力矩不夠而產(chǎn)生的“溜鉤”現(xiàn)象，而且大大減小了機(jī)械系統(tǒng)之間的沖擊，同時(shí)也提高了運(yùn)行過程中的平穩(wěn)性和工作效率。本文以某公司采用理想3100變頻器控制的建筑升降機(jī)為例，詳細(xì)分析了該建筑升降機(jī)的控制原理與電氣系統(tǒng)。

1、 引言
        隨著我國城市化進(jìn)程的加快，建筑機(jī)械行業(yè)也迎來了其發(fā)展的黃金期。建筑提升機(jī)作為建筑施工必不可少的機(jī)械設(shè)備，產(chǎn)能逐年遞增。
        普通升降機(jī)的上升、下降、停機(jī)功能都是通過接觸器-繼電器控制來實(shí)現(xiàn)，而且速度不易控制、起停機(jī)瞬間沖擊大，對機(jī)械結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的損壞較嚴(yán)重；運(yùn)行速度不可調(diào)，影響施工企業(yè)效益，停車穩(wěn)定性差。
        采用變頻控制，可實(shí)現(xiàn)施工升降機(jī)的啟動(dòng)加減速、制動(dòng)過程的無級調(diào)速，減小了起停機(jī)時(shí)電機(jī)對機(jī)械系統(tǒng)的沖擊，提高了施工升降機(jī)運(yùn)行過程中的平穩(wěn)性和舒適感，延長了施工升降機(jī)的使用壽命，極大地提高了工作效率。
        本文以某公司采用理想3100變頻器控制的建筑升降機(jī)為例，詳細(xì)分析了該建筑升降機(jī)的控制原理與電氣系統(tǒng)。

2、 升降機(jī)參數(shù)與電氣系統(tǒng)
        升降機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，最大起升重量為3.5T，其中最大載重量2T，自重1.5T，最高升降速度為35m/MIN，最大加速度為0.3G。

升降機(jī)電氣系統(tǒng)主要由主電路和控制電路組成，主電路電氣原理圖如圖2所示，控制電路電氣原理圖如圖3所示，抱閘控制電氣原理如圖4所示。
        電氣傳動(dòng)部分由三臺異步電機(jī)組成，三臺電機(jī)由一臺LX3100變頻器控制，其中每臺電機(jī)額定功率為11KW，額定頻率為50HZ，額定轉(zhuǎn)速為1390 R/MIN，額定電流為24A，變頻器額定輸出功率為45KW，制動(dòng)電阻阻值為4歐姆、功率為30KW。
        為提高起停時(shí)電機(jī)輸出的扭矩，變頻器采用開環(huán)矢量控制模式，并配置制動(dòng)單元與制動(dòng)電阻。變頻器采用端子控制方式，通過帶有上升、停機(jī)、下降功能的手柄控制變頻器上升、停機(jī)、下降輸入信號。變頻器有兩路輸出繼電器RO1、RO2，其中RO1設(shè)置為故障輸出功能，RO2設(shè)置為變頻器輸出頻率檢測功能以控制電機(jī)制動(dòng)器的抱閘接觸器。

                                                                                 圖2：升降機(jī)主電路

                     圖3：控制電路

                                                                                           圖4：抱閘制動(dòng)電路

圖4：抱閘制動(dòng)電路

當(dāng)主電路空氣開關(guān)閉合時(shí)，在電路無故障情況下KM1吸合，主電路上電；在空氣開關(guān)QF3和QF4閉合的情況下，控制電路上電；中間繼電器KA1的狀態(tài)由變頻器輸出繼電器RO1控制，RO1A與RO1B之間為常閉觸點(diǎn)，只有在變頻器通電且發(fā)生故障的情況下RO1A與RO1B之間才斷開；控制電路上電時(shí)，KA1吸合，如果變頻器啟動(dòng)按鈕觸發(fā)，則KM2吸合且自鎖，變頻器輸入電源由交流接觸器KM2控制；變頻器設(shè)置成端子控制方式，上升與下將命令由繼電器KD與KH控制，且KD與KH在電氣接線圖上形成互鎖，如此設(shè)計(jì)主要是考慮方便操作；在升降機(jī)工作中變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，RO1A與RO1B之間斷開，KA1斷開，從而KM1斷開，變頻器輸入電路斷開，RO1A與RO1B之間重新閉合，如操作者再按下變頻器啟動(dòng)按鈕ST1，則KM1重新吸合，變頻器重新上電，可查閱變頻器上一次故障及時(shí)排除故障，在故障沒有排除的情況下，即使重新觸發(fā)變頻器啟動(dòng)按鈕ST1，啟動(dòng)上升或下降開關(guān)，升降機(jī)也無法上升或下降。這樣，通過變頻器輸出繼電器與外圍電氣設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)強(qiáng)制性的在安全范圍內(nèi)工作，控制流程如圖5所示

抱閘控制繼電器KB通過變頻器輸出繼電器RO2控制，RO2A與RO2C之間為常開觸點(diǎn)。變頻器啟動(dòng)且變頻器上升或下降端子接通時(shí)，變頻器直接以0.3HZ頻率啟動(dòng)，且持續(xù)保持0.3S，0.3S后變頻器輸出頻率以設(shè)定的加速度上升，當(dāng)變頻器輸出頻率達(dá)到0.31HZ時(shí)，RO2A與RO2C之間接通，抱閘控制繼電器KB吸合，電機(jī)制動(dòng)器松閘，電機(jī)處于可運(yùn)行狀態(tài)，如此設(shè)置目的是使升降機(jī)在上升或下降啟動(dòng)時(shí)電機(jī)輸出足夠的扭矩防止“溜鉤“，同時(shí)也防止在上升啟動(dòng)時(shí)電機(jī)沖擊機(jī)械系統(tǒng)而產(chǎn)生振動(dòng)甚至損壞整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)。
        當(dāng)變頻器控制升降機(jī)在上升過程中減速時(shí)，變頻器處于第二象限工作狀態(tài)，當(dāng)變頻器輸出頻率低于或等于0.31HZ時(shí)，RO2A與RO2C之間斷開，抱閘控制繼電器KB斷開，電機(jī)制動(dòng)器立即抱閘。為保證抱閘穩(wěn)定，變頻器輸出頻率繼續(xù)按設(shè)定的減速度下降，當(dāng)輸出頻率為0.3HZ時(shí)，變頻器輸出直流制動(dòng)電流，使電機(jī)提供100%的制動(dòng)扭矩，且持續(xù)時(shí)間為1S，如此設(shè)置目的是為保證電機(jī)在低速至停機(jī)過程中具有足夠的扭矩防止“溜鉤“，同時(shí)也使升降機(jī)在上升過程中停機(jī)時(shí)不產(chǎn)生抖動(dòng)，且能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定位。
        當(dāng)變頻器控制升降機(jī)在下降過程中減速時(shí)，變頻器處于第四象限工作狀態(tài)，當(dāng)變頻器輸出頻率低于或等于0.31HZ時(shí)，RO2A與RO2C之間斷開，抱閘控制繼電器KB斷開，電機(jī)制動(dòng)器立即抱閘，為保證抱閘穩(wěn)定，變頻器輸出頻率繼續(xù)按設(shè)定的減速值下降，當(dāng)輸出頻率為0.3HZ時(shí)，變頻器輸出直流制動(dòng)電流，使電機(jī)提供100%的制動(dòng)扭矩，且持續(xù)時(shí)間為1S，如此設(shè)置目的是為保證升降機(jī)下降過程中電機(jī)在低速至停機(jī)過程中具有足夠的扭矩防止“溜鉤”，同時(shí)也使升降在下降過程中停機(jī)時(shí)不產(chǎn)生抖動(dòng)，且能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定位。
        當(dāng)運(yùn)行過程中變頻器出現(xiàn)故障，如變頻器過流、電機(jī)過載等故障時(shí)，由控制電路將變頻器輸入電路立即切斷，RO2A與RO2C之間斷開，抱閘控制繼電器KB斷開，電機(jī)制動(dòng)器立即抱閘，整個(gè)系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，如此在整個(gè)系統(tǒng)處于非運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，電機(jī)制動(dòng)器均處于抱閘狀態(tài)，保證了整個(gè)系統(tǒng)的高度安全；電機(jī)制動(dòng)器抱閘與松閘控制流程如圖6所示。

3 、變頻器設(shè)定參數(shù)值
        根據(jù)升降機(jī)電氣系統(tǒng)原理圖，為達(dá)到用戶的滿意程度，設(shè)定變頻器參數(shù)如下表所示：
 

4 、系統(tǒng)調(diào)試
        在確保主電路及控制電路接線正確的情況，系統(tǒng)開始上電調(diào)試。按照建筑提升機(jī)行業(yè)的實(shí)驗(yàn)規(guī)則，將調(diào)試分為空載調(diào)試、1/2額定負(fù)載調(diào)試、額定負(fù)載調(diào)試及125%額定負(fù)載調(diào)試幾個(gè)階段。
        考慮到低頻轉(zhuǎn)矩問題，變頻器采取開環(huán)矢量控制模式，故調(diào)試前需對電機(jī)參數(shù)進(jìn)行自學(xué)習(xí)。參數(shù)自學(xué)習(xí)有靜態(tài)與動(dòng)態(tài)兩種。在負(fù)載及減速機(jī)無法脫開的情況下，需進(jìn)行靜態(tài)參數(shù)自學(xué)習(xí)。鑒于該行業(yè)的機(jī)械特征，通常采取靜態(tài)參數(shù)自學(xué)習(xí)。自學(xué)習(xí)前必須正確輸入電機(jī)的銘牌參數(shù)（P2.01-P2.05），自學(xué)習(xí)后可檢測出電機(jī)的定子電阻、轉(zhuǎn)子電阻以及電機(jī)的漏感。電機(jī)的互感和空載電流調(diào)節(jié)規(guī)律如下：
        互感調(diào)節(jié)規(guī)律：1/2額定頻率運(yùn)行時(shí)，變頻器輸出電壓需為190V左右，若偏低則適度提高互感值，反之亦反。額定頻率運(yùn)行時(shí)，變頻器輸出電壓需為380V左右，若偏低則適度提高互感值，反之亦反。
        空載電流調(diào)節(jié)規(guī)律：空載電流一般為電機(jī)額定電流的1/3，小電機(jī)的空載電流占額定電流的比例會(huì)高一些，有的會(huì)達(dá)到50%~60%。
經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試驗(yàn)證，該升降機(jī)在運(yùn)行過程中，電機(jī)的松抱閘邏輯健全，沒有發(fā)生溜鉤現(xiàn)象，起停時(shí)無明顯的沖擊，在性能上完全達(dá)到用戶要求。

5 、結(jié)束語
        采用理想3100變頻器，不僅使建筑升降機(jī)整個(gè)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡單、可靠，整個(gè)系統(tǒng)始終處于安全運(yùn)行狀態(tài)，而且可以通過變頻器故障查詢功能迅速排除系統(tǒng)故障；在起停過程中，幾乎感覺不到機(jī)械系統(tǒng)之間的沖擊，大大提高了升降機(jī)運(yùn)行過程中的平穩(wěn)性和舒適感，同時(shí)也極大地提高了工作效率。