摘要：本文簡單介紹了施耐德變頻器ATV71在起重機械應用領域上的特點和優(yōu)勢，并結(jié)合工程案例，給出了具體的硬件設計方案和調(diào)試步驟。并羅列了常見的故障代碼、可能原因及修復措施，為進一步發(fā)揮ATV71變頻器在起重機械領域內(nèi)的優(yōu)勢提供了基礎。

1引言

南歐江六級水電站位于老撾人民民主共和國豐沙里省境內(nèi)，為南歐江七級開發(fā)方案的第六級（自下而上），電站以發(fā)電為主，裝機容量180MW。主廠房內(nèi)一臺套150t+150t/10t電動雙梁橋式起重機主要用于3臺立軸水輪發(fā)電機組及其附屬設備的安裝及檢修。定轉(zhuǎn)子采用平衡梁起吊，其余設備大部分采用鋼絲繩起吊。發(fā)電機轉(zhuǎn)子連軸約240t（不含平衡梁）將由雙小車抬吊完成。

本橋機為雙小車橋式起重機，本橋機的電氣系統(tǒng)分為：供電系統(tǒng)、起升機構(gòu)（分1#小車起升機構(gòu)、2#小車起升機構(gòu)）、小車運行機構(gòu)（分1#小車運行機構(gòu)、、2#小車運行機構(gòu)）、大車運行機構(gòu)、電動葫蘆機構(gòu)、信號監(jiān)測系統(tǒng)、信號指示、照明接地系統(tǒng)等幾個部分組成。其中兩小車起升和小車機構(gòu)技術參數(shù)完全一致。電氣傳動系統(tǒng)采用施耐德公司生產(chǎn)的變頻器ATV71系列變頻器，充分利用裝置內(nèi)置的機械抱閘邏輯來控制起升機構(gòu)的抱閘，以防止溜鉤現(xiàn)象的出現(xiàn)，省卻了起升運用宏，但達到了變頻器專用起重宏的作用。同時起升變頻傳動系統(tǒng)建立了閉環(huán)控制，通過增大閉環(huán)編碼器的檢測頻率。確保起升機構(gòu)在1:20調(diào)速比下能穩(wěn)定運行。

2施耐德ATV71簡介：

施耐德ATV71變頻器自2005年登陸中國市場以來，憑借其優(yōu)異的性能、靈活的選件而廣泛運用于各行各業(yè)。尤其在電機控制性能方面，針對不同的使用場合開發(fā)了閉環(huán)矢量、開環(huán)電流矢量、開環(huán)電壓矢量、V/F、同步電機五種控制算法。它在起重領域主要具有如下優(yōu)勢和特點：

1）抱閘邏輯控制

2）負載測量

3）高速提升（輕載升速）功能

4）客戶定制加減速曲線

5）力矩控制

6）轉(zhuǎn)矩均衡

7）停電情況下的緊急運行模式

8）報警和故障處理

9）帶PTC探針的電機保護

10）大車糾偏

11）起升和小車同步

12）防搖控制

13）定位控制

3起升變頻控制技術的運用

傳統(tǒng)的起升機構(gòu)調(diào)速系統(tǒng)主要是采用轉(zhuǎn)子串電阻或渦流調(diào)速，其傳動系統(tǒng)機械特性軟，調(diào)速范圍狹窄，整個系統(tǒng)速度的穩(wěn)定性和調(diào)速精度較差；起制動不平穩(wěn)，對整機鋼結(jié)構(gòu)沖擊很大；尤其是空中起吊易發(fā)生溜鉤現(xiàn)象，嚴重影響了起重機械的安全運行。為此，本橋機起升機構(gòu)采用了施耐德ATV71變頻器作為調(diào)速傳動裝置。具體方案如下：

橋機的起升機構(gòu)(如圖1所示）包括1#起升機構(gòu)和2#起升機構(gòu)，兩機構(gòu)分別由一臺YZP315S-6-TH，90KW變頻電機驅(qū)動，每臺電機由一臺ATV71HC13N4變頻器拖動，為提高低速性能和系統(tǒng)可靠性，起升系統(tǒng)通過編碼器HLE-1024L-3F.A構(gòu)成閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)，大大改善了變頻器速度和力矩控制精度，調(diào)速精度可達±0.01%，為定轉(zhuǎn)子平衡梁抬吊建立了基礎。

圖1起升機構(gòu)布置圖

起升速度：

重載（≥30t）：0.3~3.0m/min

輕載（＜30t）：0.3~6.0m/min。

起升機構(gòu)采用主令控制器控制，有擋位無級調(diào)速方式，速度分為五擋，重載時上下各為10%、30%、50%、70%、100%額定速度，輕載時上下各為10%、50%、100%、150%、200%額定速度，輕、重載速度轉(zhuǎn)換由荷重儀來自動判斷，無需人工干預，其過渡過程平穩(wěn)無沖擊。抬吊時兩起升機構(gòu)構(gòu)成了主從隨動控制系統(tǒng)，兩機構(gòu)通過高度檢測，主從糾偏，以確保兩吊點差控制在50mm以內(nèi)，保證了定轉(zhuǎn)子平衡梁抬吊時的水平度。具體電氣原理圖如下圖2所示：

圖2起升電氣控制原理圖

4小車變頻控制技術的運用

小車運行機構(gòu)包括1#小車運行機構(gòu)和2#小車運行機構(gòu)，兩機構(gòu)分別由兩臺三合一DV100M42.2KW變頻電機驅(qū)動，采用一臺ATV71HU75N4變頻器拖動，開環(huán)控制。

運行速度：1.2~12m/min，采用主令控制器控制，前后速度各為五擋，分別為10%、30%、50%、70%、100%額定速度。起動、停止平穩(wěn)無沖擊。抬吊時兩小車運行機構(gòu)由同一操作手柄給定運行及速度指令，同時兩小車采用了剛性聯(lián)結(jié)，確保兩機構(gòu)同步運行。其電氣原理圖如下圖3所示：

圖3小車電氣控制原理圖

5大車變頻控制技術的運用

大車運行機構(gòu)由四臺三合一DV132S45.5KW變頻電機驅(qū)動，采用一臺ATV71HD30N4變頻器拖動，開環(huán)控制。

運行速度：2~20m/min，采用主令控制器控制，左右速度各為五擋，分別為10%、30%、50%、70%、100%額定速度，起動、制動平穩(wěn)無沖擊。其電氣原理圖如下圖4所示：

圖4大車電氣控制原理圖

6系統(tǒng)調(diào)試（起升）

6.1首先檢查各功率端子和控制端子一定要安裝緊固；

1）動力直流母線端子PO--PA+之間的短接銅片一定要保持緊固；

2）控制端子的PWR--+24V之間的短接片一定要保持連接，否則變頻器將顯示狀態(tài)PRA并且不能正常輸出。

6.2可靠連接各保護地和屏蔽地。

以下以起升機構(gòu)為例，闡述具體的調(diào)試步驟：

第一步設置提升應用宏

在簡單起動菜單中，設置宏配置參數(shù)CFG=提升，這樣它的很多設定包括端子分配被修改為適用于典型的提升控制，如端子分配：

LI1：上升；LI2：下降；LI3：故障復位（脈沖激活）；LI4：外部故障；LI5：未設置；LI6：未設置；R1：故障接點；R2：制動邏輯控制

注意：1）這里故障接點R1帶有常開常閉接點R1A-R1C-R1B，其中R1C為公共點，接點狀態(tài)：當變頻器上電且沒有故障時，R1A-R1C閉合，R1B-R1C斷開；變頻器出現(xiàn)故障或沒有上電時，R1A-R1C斷開，R1B-R1C閉合。使用這個接點進行故障報警或作為控制條件時要正確選擇接點。

2）當設置為提升宏后，輸出缺相保護激活并且不能修改，這樣當不帶電機進行試驗時將受到一些影響。

第二步電機銘牌參數(shù)的輸入與參數(shù)優(yōu)化

在電機控制菜單中，我們需要輸入以下電機銘牌參數(shù)，目的是為了讓變頻器識別電機的電氣指標，以便實現(xiàn)最優(yōu)控制。電機參數(shù)輸入不正確會引起輸出的不穩(wěn)定，導致電機的劇烈振動，額外發(fā)熱及變頻器的損壞。

本機起升機構(gòu)的電機參數(shù)如下：

1）額定功率：90KW

2）額定電壓：380V

3）額定電流：182A

4）額定頻率：50Hz

5）額定速度：735r/min

上述參數(shù)設定后，變頻器將能夠正確識別和控制電機。為了實現(xiàn)最佳控制，需執(zhí)行電機參數(shù)自整定。注意：電機參數(shù)自整定只能在變頻器可靠連接匹配的電機后才可以進行，如果不帶電機或電機和變頻器的規(guī)格不匹配就不能進行自整定。

自整定：將NO改為YES，變頻器將向電機注入一定次序的電壓和電流?？梢栽诓僮髌魃峡吹竭\行電流在變化，但電機不會轉(zhuǎn)動，這一點施耐德和別的品牌不一樣，它不需要將電機與負載脫開就可以進行自整定，這也是施耐德技高一籌的地方。

第三步設置抱閘控制邏輯

起升的速度給定為模擬量輸入，不需要做速度給定的設定，變頻器的速度給定系統(tǒng)會自動識別。接下來設置抱閘控制邏輯：

在1.7“應用功能”菜單中，找到“制動控制邏輯”功能，適當設置如下參數(shù)：

運動類型垂直升降

制動脈沖YES

剎車釋放電流59A

剎車釋放時間0.5秒（剎車放開需要的機械動作時間）

剎車釋放頻率2Hz（電機滑差頻率）

抱閘頻率2Hz（電機滑差頻率）

剎車閉合動作延時0.1秒

剎車閉合動作時間0.5秒（剎車閉合需要的機械動作時間）

第四步在1.3“設置”菜單中設置：

加速時間3秒

減速時間3秒

低速頻率5Hz（第一段速頻率）

高速頻率可能的最高頻率

速度環(huán)比例增益40%

速度環(huán)積分時間100%

至此，變頻器的設置基本完成。施耐德變頻器的調(diào)試相對其他品牌要簡單得多，具體設置的參數(shù)如下表一所示：

表一起升機構(gòu)變頻器參數(shù)設置表

7常見故障代碼及處理

調(diào)試時難免會出現(xiàn)各式各樣的問題,但必須保證在整個運行過程中，電流不超過變頻器額定電流的150%,下表為試運行時常見的故障代碼及修復措施:

8結(jié)束語

施耐德ATV71變頻器應用在老撾南歐江六級水電站150t+150t雙小車橋式起重機電氣傳動系統(tǒng)中，經(jīng)調(diào)試：兩吊點起制動非常平穩(wěn)，鋼結(jié)構(gòu)沖擊小，并能很好地控制機構(gòu)抱閘系統(tǒng)，徹底解決了起升溜鉤疑難問題，同時實現(xiàn)了兩吊點的同步控制。該系統(tǒng)以其良好的穩(wěn)定性、可靠性和安全性而深受用戶好評。

作者簡介

張煜明(1964-),男,教授級高級工程師,在水利部杭州機械設計研究所工作,主要從事起重機械電氣傳動與控制系統(tǒng)的設計與研究。