專利名稱：卷揚(yáng)機(jī)變頻操控方法及其變頻操控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將變頻器用于冶金、礦山、建筑等領(lǐng)域的卷揚(yáng)機(jī)提升系統(tǒng)的方法，即卷揚(yáng)機(jī)變頻操控方法，以及為了實(shí)現(xiàn)這一方法所采用的變頻操控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)的工作原理是通過改變電動機(jī)正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)罐籠上升與下降，而卷揚(yáng)速度的改變則靠改變串入繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子的電阻來實(shí)現(xiàn)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在機(jī)械抱閘制動方面。但是，這套系統(tǒng)的缺點(diǎn)是很明顯地，主要表現(xiàn)在系統(tǒng)組成復(fù)雜，體積龐大、操作復(fù)雜、故障率較高。從實(shí)際系統(tǒng)中我們可以清楚地看到，各單元、各元件之間的連線達(dá)數(shù)百條；電阻器頻繁燒毀，電機(jī)銅頭、刷架、電刷等經(jīng)常出現(xiàn)故障等。另外，由于控制系統(tǒng)繁瑣，給檢修維護(hù)帶來很大困難，也是該系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)之一。
另外，從系統(tǒng)運(yùn)行情況看，原卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)為有級調(diào)速，動態(tài)速度變化不平穩(wěn)、調(diào)速范圍小，對罐難度很大，操作不易掌握，尤其是運(yùn)行不穩(wěn)增加了設(shè)備磨損。另一方面，當(dāng)系統(tǒng)低速運(yùn)行時，電機(jī)的轉(zhuǎn)差率大，相應(yīng)的轉(zhuǎn)差功率完全轉(zhuǎn)化為熱量消耗掉。所以，該系統(tǒng)只是一種低效率、高消耗的調(diào)速裝置。
眾所周知，對于交流電機(jī)調(diào)速來說，改變電源電壓、電源頻率或電機(jī)的極對數(shù)均可改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。而對于原系統(tǒng)，電機(jī)極數(shù)和施加于定子側(cè)的電源頻率均不變，因此，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速也不變，所謂調(diào)速，實(shí)際是通過串聯(lián)電阻改變定子繞組上的電壓，這就使電氣傳動的穩(wěn)態(tài)調(diào)速精度大大降低；同時，由于串入電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的電阻阻值不能無級變化，所以無法實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。
還有一點(diǎn)值得注意，就是原系統(tǒng)即使在再生能量回饋狀態(tài)下仍然消耗大量的電網(wǎng)電能，例如，空罐上升時，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，所產(chǎn)生的再生電能全部消耗在電阻上，并且由于系統(tǒng)處于制動狀態(tài)，串入的電阻同樣消耗大量的電能。這就是該系統(tǒng)的致命缺點(diǎn)之一。
原卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)組成包括卷揚(yáng)機(jī)、罐籠、配重、主動電機(jī)、油泵站、液壓機(jī)械抱閘裝置、電源柜、加速控制柜、電阻柜、動力制動柜、操控臺等。其中，液壓機(jī)械抱閘裝置在失電狀態(tài)下處于完全抱緊(制動)狀態(tài)(抱閘裝置設(shè)有2對摩擦片，分別夾緊卷揚(yáng)機(jī)的法蘭盤，通常情況下由于彈簧作用而處于夾緊狀態(tài))。當(dāng)電磁閥打開時，高壓液體推動油缸，抵消彈簧的夾緊力，使摩擦減小，從而使抱閘的夾緊力減小，制動減弱。當(dāng)高壓油完全進(jìn)入油缸而產(chǎn)生最大推動力時，抱閘完全釋放，即系統(tǒng)處于自由狀態(tài)。旋轉(zhuǎn)操縱桿，控制自整角機(jī)(即旋轉(zhuǎn)變壓器)兩軸的轉(zhuǎn)角差，從而改變自整角機(jī)輸出電壓。此電壓經(jīng)整流后加在電磁閥上調(diào)節(jié)油路上電磁控制閥的開啟程度，并由此控制抱閘力的大小。當(dāng)操縱桿推到最大(約直流20V)時，抱閘完全放開(即盤閘處于自由狀態(tài))；當(dāng)操縱桿推到某一位置(約DC7V)時，系統(tǒng)處于臨界制動狀態(tài)(此處20V和7V均為對原系統(tǒng)實(shí)測而得)。
通常，罐籠下降時不載重物(有時承載工具或工人)，而在提升罐籠時，罐籠裝載物體(有時是空罐籠)。也就是說，配重上升時電機(jī)負(fù)載較大(空罐籠)，配重下降時電機(jī)負(fù)載較小(載重罐籠)。但有時配重下降時，所提升的罐籠也未裝載重物，因此，電機(jī)處于很強(qiáng)的發(fā)電狀態(tài)。卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)控制罐籠升降，在響應(yīng)各中段信號后，還應(yīng)準(zhǔn)確對罐。因此，電機(jī)轉(zhuǎn)速必須可調(diào)節(jié)、制動必須可靠、起動必須迅速平穩(wěn)。而原系統(tǒng)除了制動外，其他各項(xiàng)均不理想。
再者，原系統(tǒng)采用的調(diào)速方式比較落后，整個電源、控制系統(tǒng)包括三個大型低壓電器柜和一個電阻柜，控制相當(dāng)復(fù)雜，發(fā)生故障的環(huán)節(jié)較多。況且，可控硅斬波環(huán)節(jié)本身的故障率就很高，增加了系統(tǒng)維護(hù)的壓力。另外，控制系統(tǒng)復(fù)雜、檢修困難、維修成本高、調(diào)速范圍小、調(diào)速不平穩(wěn)。從節(jié)能方面考慮，卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)屬于恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)負(fù)載，罐籠低速運(yùn)行時，電機(jī)轉(zhuǎn)差功率大，而這些轉(zhuǎn)差功率全部轉(zhuǎn)化為熱量消耗掉了。所以原調(diào)速方式屬于低效率調(diào)速方式，能耗大，低速運(yùn)行時能量消耗在電阻上；由于電機(jī)極對數(shù)與施加于其定子側(cè)的電壓頻率都不變，所以電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速或理想空載轉(zhuǎn)速也不變，這樣電機(jī)的機(jī)械特性是一族通過理想空載轉(zhuǎn)速點(diǎn)的特性，調(diào)速時機(jī)械特性隨著轉(zhuǎn)子回路電阻的增大而變軟，大大降低了電氣傳動的穩(wěn)態(tài)調(diào)速精度；由于串入電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的附加電阻級數(shù)(即不能無級變化)受限，無法實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)調(diào)速；空罐上升時電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，此時同樣消耗能量。這些都是該系統(tǒng)存在的致命缺陷。
變頻調(diào)速是目前交流異步電動機(jī)最理想的調(diào)速方式，它模擬直流電機(jī)的調(diào)速方法，并考慮了電動機(jī)動態(tài)性能要求，具有無級調(diào)速、響應(yīng)迅速、運(yùn)行平穩(wěn)、控制靈活等特點(diǎn)，業(yè)已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。然而，迄今為止，變頻器在冶金、礦山等行業(yè)還沒有開拓出應(yīng)有的應(yīng)用，尤其是礦井卷揚(yáng)機(jī)提升設(shè)備的變頻改造，此前全國尚無成功范例
發(fā)明內(nèi)容
為了提高礦山卷揚(yáng)機(jī)提升系統(tǒng)的技術(shù)水平和運(yùn)行可靠性，提高設(shè)備效率，降低維修費(fèi)用，本發(fā)明提出了一種將變頻技術(shù)用于卷揚(yáng)機(jī)提升系統(tǒng)的方法，即利用變頻器驅(qū)動卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)，并且集中控制卷揚(yáng)機(jī)液壓報閘裝置，從而使“控制”、“調(diào)速”、“制動”、“保護(hù)”等功能協(xié)調(diào)聯(lián)動，完美統(tǒng)一。
本發(fā)明的方法是由變頻器，泄放裝置，操控臺，綜合控制邏輯電路和液壓報閘裝置實(shí)現(xiàn)對卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)的操控，其中變頻器通過采用空間電壓矢量隨機(jī)PWM調(diào)制方法實(shí)現(xiàn)變壓變頻控制，從而實(shí)現(xiàn)對卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)的軟起動和平滑調(diào)速；它還通過相應(yīng)的綜合控制邏輯電路實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)、安全抱閘和參數(shù)設(shè)置；泄放裝置則是通過實(shí)時采樣變頻器PN端電壓、并經(jīng)過比較運(yùn)算和信號觸發(fā)驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)對回饋能量泄放的。
為了更好地實(shí)現(xiàn)上述目的，操控臺設(shè)置了人機(jī)對話面板和人為干預(yù)(控制)點(diǎn)，通過鍵盤控制器完成對變頻器的控制操作和參數(shù)設(shè)置；通過開關(guān)按鈕實(shí)現(xiàn)對適度抱閘、緊急制動、非常制動等的操作；顯示屏和指示燈實(shí)時顯示運(yùn)行速度、工作狀態(tài)、故障信息和工作模式等；通過盤形電位器實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的無級平滑調(diào)速控制；通過制動手柄實(shí)現(xiàn)對液壓抱閘裝置的操作。
開關(guān)電源給整個裝置提供控制電源和驅(qū)動電源；“采樣與處理”電路對變頻器PN端電壓實(shí)時監(jiān)測，當(dāng)其高于預(yù)置的閾值電壓時，起動“信號與發(fā)生”電路，產(chǎn)生泄放控制信號；泄發(fā)信號經(jīng)過“驅(qū)動電路”對其驅(qū)動電流放大后，用于控制IGBT的開關(guān)控制；驅(qū)動電路同時具有IGBT過流監(jiān)測與保護(hù)作用。
本發(fā)明的變頻操控系統(tǒng)包括操控臺和液壓抱閘制動裝置，以及由變頻器、泄放單元和泄放電阻組成的變頻柜；其中泄放單元包括開關(guān)電源、電壓采樣與處理電路、脈沖信號發(fā)生與觸發(fā)電路、保護(hù)與IGBT驅(qū)動電路及IGBT功率模塊，該單元分別與變頻器和泄放電阻連接；操控臺與變頻柜和液壓抱閘裝置相連接；綜合控制邏輯電路將變頻器控制輸出信號與液壓抱閘裝置相連接；由泄放單元和泄放電阻組成的泄放裝置與變頻器相連。
本發(fā)明的“卷揚(yáng)機(jī)變頻操控系統(tǒng)”由變頻柜、泄放單元、泄放電阻、操控臺等組成，整套系統(tǒng)體積小、重量輕、操作使用方便可靠，并且完全沿用礦山設(shè)備的操作習(xí)慣。事實(shí)上，單從系統(tǒng)外觀上看，新系統(tǒng)比原系統(tǒng)就有很大的優(yōu)越性原系統(tǒng)共有四個電控柜或電阻柜和一個操控臺，而“卷揚(yáng)機(jī)變頻操控系統(tǒng)”只有一個變頻控制柜和一個操控臺。其中泄放單元和泄放電阻的作用主要是泄放電機(jī)所產(chǎn)生的再生能量。變頻系統(tǒng)本身帶有軟制動，尤其在安全性方面采取了多重保護(hù)，在軟制動(泄放制動)基礎(chǔ)上將原系統(tǒng)使用的液壓抱閘裝置作為主要制動手段，并對其進(jìn)行自動抱閘、適度抱閘和完全抱閘等操作，使系統(tǒng)在工作的全過程均有安全保障。
操控臺使用工頻220V電壓，并與變頻柜和液壓抱閘裝置相連接，用來控制變頻器輸出、液壓抱閘裝置和各種狀態(tài)指示、速度指示、故障信息指示；綜合控制邏輯電路是將變頻器故障信號與液壓抱閘裝置相連接，從而實(shí)現(xiàn)當(dāng)變頻器發(fā)生故障或進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)時自動啟動抱閘裝置，同時，它還可在電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時啟動“適度抱閘”電路，從而減輕泄放壓力；泄放裝置與變頻器相連，使得電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時，將所產(chǎn)生的回饋能量泄放掉，從而保護(hù)變頻器和電機(jī)。
開關(guān)電源給整個裝置提供控制電源和驅(qū)動電源；“采樣與處理”電路對變頻器PN端電壓實(shí)時監(jiān)測，當(dāng)其高于預(yù)置的閾值電壓時，起動“信號與發(fā)生”電路，產(chǎn)生泄放控制信號；泄發(fā)信號經(jīng)過“驅(qū)動電路”對其驅(qū)動電流放大后，用于控制IGBT的開關(guān)控制；驅(qū)動電路同時具有IGBT過流監(jiān)測與保護(hù)作用。
變頻調(diào)速器是通過改變電動機(jī)輸入電源的頻率來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的，因此調(diào)速范圍很寬，可以達(dá)到0～400HZ。頻率調(diào)節(jié)精度為0.01HZ，基本上實(shí)現(xiàn)了無級調(diào)速。所以，采用變頻器后，電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的軟啟動和平滑調(diào)速。并且，變頻器提高了輸入電源的功率因數(shù)，在基頻以下為恒轉(zhuǎn)矩輸出，輸出功率隨轉(zhuǎn)速變化，因此具有很好的節(jié)電效果。另一方面，變頻器還可通過軟件，很方便地改變輸出轉(zhuǎn)矩(即調(diào)整轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償曲線)和加減速時間、目標(biāo)頻率、上下限頻率等。它還具有強(qiáng)大的兼容功能，通過微型鍵盤終端調(diào)用內(nèi)部功能，并根據(jù)使用要求進(jìn)行功能組合、參數(shù)設(shè)置(修改)和動態(tài)調(diào)速。通常，變頻器可通過鍵盤操作，也可通過端子排控制，還可通過PLC進(jìn)行多段速度控制。外控信號可以是電壓，也可以是電流，還可通過編碼器進(jìn)行數(shù)字控制。
卷揚(yáng)機(jī)變頻操控系統(tǒng)采用交流電機(jī)變頻調(diào)速器作為調(diào)速單元，操控臺重新設(shè)計(jì)(操作方式保持原習(xí)慣)，終極制動仍沿用原系統(tǒng)的盤閘制動。整個系統(tǒng)簡潔明了、連接方便，可控性非常好。
此外，本發(fā)明還具有以下特點(diǎn)
1、實(shí)現(xiàn)了電動機(jī)的軟啟動。
2、實(shí)現(xiàn)了無級平滑調(diào)速，可在靜態(tài)或動態(tài)任意調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。
3、運(yùn)行平穩(wěn)，無轉(zhuǎn)差沖擊，延長了機(jī)械系統(tǒng)的使用壽命。
4、響應(yīng)迅速，控制靈活，便于實(shí)現(xiàn)集中控制和系統(tǒng)集成。
5、集信號處理、運(yùn)行控制、電子制動、機(jī)械制動、安全保護(hù)為一體，提高了設(shè)備的整體功能。
6、操作直觀簡便，駕馭輕松自如。
7、節(jié)能率高。


圖1是本發(fā)明的原理圖。圖2是本發(fā)明中泄放單元的電路圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，操控臺1用工頻220V電壓，并與變頻柜和液壓抱閘裝置3連接，用來控制變頻器輸出、液壓抱閘裝置3和各種狀態(tài)指示、速度指示、故障信息指示；綜合控制邏輯電路2是將變頻器故障信號與液壓抱閘裝置3相連接，從而實(shí)現(xiàn)當(dāng)變頻器發(fā)生故障或進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)時自動啟動抱閘裝置，同時，它還可在電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時啟動“適度抱閘”電路，從而減輕泄放壓力；泄放裝置4與變頻器相連，使得電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時，將所產(chǎn)生的回饋能量泄放掉，從而包好變頻器和電機(jī)。
如圖2所示，開關(guān)電源給整個裝置提供控制電源和驅(qū)動電源；電壓采樣與處理電路7對變頻器PN端電壓實(shí)時監(jiān)測，當(dāng)其高于預(yù)置的閾值電壓時，起動脈沖信號發(fā)生與觸發(fā)電路6，產(chǎn)生泄放控制信號；泄放信號經(jīng)過保護(hù)與IGBT驅(qū)動電路5對其驅(qū)動電流放大后，用于控制IGBT的開關(guān)控制；保護(hù)與IGBT驅(qū)動電路5同時具有IGBT過流監(jiān)測與保護(hù)作用。
1. 泄放阻尼控制電路
泄放單元的電路如圖2所示，P、N是變頻器直流母線電壓，取自變頻器外接端子，當(dāng)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，P、N兩端之間電壓必定升高，當(dāng)高于某一設(shè)定值時，IC1B輸出低電平，控制泄放單元工作；VR3設(shè)置電壓比VR2設(shè)置電壓高一檔次，當(dāng)PN端電壓特別高(有可能泄放單元消耗能量不足于抵消發(fā)電能量，PN端電壓繼續(xù)升高)，高于某一值時，IC1A的1腳輸出低電平，光耦PC2關(guān)斷，泄放單元不再工作，從而保護(hù)泄放單元(此種情況下變頻器跳“OE”保護(hù))。也就是說V1≤Vi≤V2時，T1的E腳為低電平，PC1、T1導(dǎo)通。在原來回路中串入光耦PC5、PC6，PC5、PC6導(dǎo)通，分別控制操控臺泄放指示燈和液壓系統(tǒng)自動適度抱閘。PC1導(dǎo)通時，U1A(4093)的XF信號變?yōu)楦唠娖?，與“555”產(chǎn)生的振蕩信號“與非”后驅(qū)動功率模塊間歇導(dǎo)通，以避免泄放模塊因連續(xù)工作發(fā)熱而燒毀。
2. 開關(guān)電源電路
采用開關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)是增大了交流輸入電壓范圍、提高了直流輸出的穩(wěn)定性、減小了重量和體積。所用開關(guān)電源的電路模式為斬波方式降壓型單端反激式變換器，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟、性能可靠。
該電路的核心為一塊UC3842型單片集成脈寬調(diào)制器，它是一種單端輸出電流控制型電路。其最大的優(yōu)點(diǎn)就是外接元件極少，外電路裝配簡單，因而在小功率開關(guān)電源中應(yīng)用極為廣泛。
開關(guān)電源為典型的單端反激變換式電路，交流工頻電源電壓經(jīng)全波整流、RC濾波作為主直流電源電壓。在這種電路中，開關(guān)元件要承受兩倍的輸入直流電壓峰值，因而開關(guān)管(此處用VMOS場效應(yīng)管)的耐壓要大于700V/1200V(分別對應(yīng)于交流200V輸入和交流380V輸入)。用VMOS開關(guān)管時其工作頻率最高可達(dá)250kHz左右。當(dāng)然，工程實(shí)際使用中由于柵控器件和工藝等影響，開關(guān)頻率一般不超過120KHZ。
UC3842的供電電壓一般在10～30V之間，當(dāng)供電電壓低于16V時，整個電路的電流僅約1mA。這樣，從輸入直流高壓通過電阻(130KΩ/1W)降壓供電即可。當(dāng)電路啟動后，高頻變壓器反饋繞組輸出自給電壓，經(jīng)整流(FR157)、濾波后即可實(shí)現(xiàn)自饋供電，因而省去了輔助電源，使電源電路大大簡化。
電路的振蕩頻率由UC3842的外接RC元件的時間常數(shù)確定。RT(此處采用2.4KΩ)接在(8)、(4)腳之間，CT(0.001μF)接在(4)、(5)腳之間。則振蕩頻率
f≈1.8/RT CT＝1.8/(2.4×0.001)＝75KHz
3.“空罐下配重”過程分析及泄放模塊選擇
根據(jù)理論分析，卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)的難點(diǎn)在于“空罐下配重”過程。此時，相當(dāng)于重物的自由落體，重力加速度的影響是至關(guān)重要的。
配重約為1.2T，罐籠自重約為0.4T，重量差高達(dá)0.8T。假設(shè)礦井深度為300m，則其勢能約為
E＝mgh＝800×9.8×300＝2352000(J)
最大速度，即達(dá)到井底時的速度(假設(shè)無任何阻力)為
設(shè)50HZ時電機(jī)的轉(zhuǎn)速為580rpm(十級電機(jī))，系統(tǒng)的減速比為1∶4，卷揚(yáng)機(jī)卷軸半徑為0.4m。那么，在配重自由落體到井底時卷軸的角速度為
ω1＝/76.7/r＝192rad/s
換算為電機(jī)輸出頻率應(yīng)為
f＝ω1×4/2π＝122HZ
換算為電機(jī)轉(zhuǎn)速為
n＝60×ω1/2π＝1832轉(zhuǎn)/分
可見，此時電機(jī)處于超強(qiáng)發(fā)電狀態(tài)。
設(shè)配重自由下落到卷軸線速度為v時，剛好等于電機(jī)的額定輸出頻率(50HZ)。則有
V＝580×(2πr)/(4×60)＝6.07(m/s)
此時下降距離為
S＝1/2×v2/g＝1.9m
即配重自由下落約2m時恰與電機(jī)的額定頻率相平衡。以該速度將配重下到井底約需50秒，平均發(fā)電功率為
Pλ＝2352000/50＝47KW注1
平均泄放電流(設(shè)泄放電壓為740V)約為
Iλ＝47000/740≈64(A)
因此，本系統(tǒng)的泄放裝置容量，即泄放模塊額定電流應(yīng)選擇
Ia＞64×3＝200(A)4.電力電子功率器件選擇
變頻器中功率器件選用IGBT(絕緣柵場效應(yīng)晶體管)，IGBT綜合了MOS場效應(yīng)管(MOSFET)和雙極晶體管(BJT)的特點(diǎn)，即控制極輸入阻抗高，是場控器件，這一點(diǎn)是MOSFET的特點(diǎn)，可以采用微電子TTL、COMS電路直接驅(qū)動或采用集成驅(qū)動模塊驅(qū)動，驅(qū)動簡單，保護(hù)容易；另外，IGBT的輸出特性中飽和壓降低，這一點(diǎn)是BJT的特點(diǎn)。模塊本身功耗低，開關(guān)頻率高。因此，注11KW·h＝3.6×106J。卷揚(yáng)機(jī)變頻操控系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用IGBT作為功率開關(guān)器件。
5.測試試驗(yàn)
①試驗(yàn)數(shù)據(jù)
表中只列出了罐籠下降和罐籠上升兩個過程中變頻器的輸入輸出電流，用于對比分析。其他環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)此處略。
②結(jié)果分析
從以上試驗(yàn)結(jié)果來看(1)空罐上升(空罐下配重)期間變頻器輸入電流幾乎為零，此期間系統(tǒng)不消耗電網(wǎng)能量；輸出電流不為零，此電流為電機(jī)發(fā)電電流倒灌入變頻器。(2)重罐下降期間變頻器輸入電流只有2～3A左右，此時重罐重量同配重重量相近，幾乎不消耗能量。(3)在同一運(yùn)行過程中，低頻(低速)時變頻器輸入電流小，高頻(高速)時變頻器輸入電流大。說明低速運(yùn)行時可達(dá)到節(jié)電目的。
綜合以上所述，采用卷揚(yáng)機(jī)變頻操控系統(tǒng)后，在電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時，系統(tǒng)反饋能量可通過泄放單元泄放掉?？傊?，在工作全過程，系統(tǒng)或者不消耗電能，或者節(jié)能運(yùn)行，平均節(jié)電率實(shí)測可達(dá)45％以上。
權(quán)利要求
1、一種卷揚(yáng)機(jī)變頻操控方法，其特征是由變頻器，泄放裝置(4)，操控臺(1)，綜合控制邏輯電路(2)和液壓報閘裝置(3)實(shí)現(xiàn)對卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)的操控，其中變頻器通過采用空間電壓矢量隨機(jī)PWM調(diào)制方法實(shí)現(xiàn)變壓變頻控制，從而實(shí)現(xiàn)對卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)的軟起動和平滑調(diào)速；它還通過相應(yīng)的綜合控制邏輯電路實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)、安全抱閘和參數(shù)設(shè)置；泄放裝置則是通過實(shí)時采樣變頻器PN端電壓、并經(jīng)過比較運(yùn)算和信號觸發(fā)驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)對回饋能量泄放的。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的卷揚(yáng)機(jī)變頻操控方法，其特征是操控臺(1)設(shè)置了人機(jī)對話面板和入為干預(yù)(控制)點(diǎn)，通過鍵盤控制器完成對變頻器的控制操作和參數(shù)設(shè)置；通過開關(guān)按鈕實(shí)現(xiàn)對適度抱閘、緊急制動、非常制動等的操作；顯示屏和指示燈實(shí)時顯示運(yùn)行速度、工作狀態(tài)、故障信息和工作模式等；通過盤形電位器實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的無級平滑調(diào)速控制；通過制動手柄實(shí)現(xiàn)對液壓抱閘裝置(3)的操作。
3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的卷揚(yáng)機(jī)變頻操控方法，其特征是開關(guān)電源給整個裝置提供控制電源和驅(qū)動電源；“采樣與處理”電路對變頻器PN端電壓實(shí)時監(jiān)測，當(dāng)其高于預(yù)置的閾值電壓時，起動“信號與發(fā)生”電路，產(chǎn)生泄放 控制信號；泄發(fā)信號經(jīng)過“驅(qū)動電路”對其驅(qū)動電流放大后，用于控制IGBT的開關(guān)；驅(qū)動電路同時具有IGBT過流監(jiān)測與保護(hù)作用。
4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的卷揚(yáng)機(jī)變頻操控方法的操控系統(tǒng)，其特征是包括操控臺(1)和液壓抱閘裝置(3)，以及由變頻器、泄放單元和泄放電阻組成的變頻柜；其中泄放單元包括開關(guān)電源、電壓采樣與處理電路(7)、脈沖信號發(fā)生與觸發(fā)電路(6)、保護(hù)與IGBT驅(qū)動電路(5)及IGBT功率模塊，該單元分別與變頻器和泄放電阻連接；操控臺(1)與變頻柜和液壓抱閘裝置(3)相連接；綜合控制邏輯電路(2)將變頻器控制輸出信號與液壓抱閘裝置(3)相連接；由泄放單元和泄放電阻組成的泄放裝置(4)與變頻器相連。
5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的卷揚(yáng)機(jī)變頻操控方法的操控系統(tǒng)，其特征是包括操控臺(1)和液壓抱閘裝置(3)，以及由變頻器、泄放單元和泄放電阻組成的變頻柜；其中泄放單元包括開關(guān)電源、電壓采樣與處理電路(7)、脈沖信號發(fā)生與觸發(fā)電路(6)、保護(hù)與IGBT驅(qū)動電路(5)及IGBT功率模塊，該單元分別與變頻器和泄放電阻連接；操控臺(1)與變頻柜和液壓抱閘裝置(3)相連接；綜合控制邏輯電路(2)將變頻器控制輸出信號與液壓抱閘裝置(3)相連接；由泄放單元和泄放電阻組成的泄放裝置(4)與變頻器相連。
全文摘要
本發(fā)明是一種卷揚(yáng)機(jī)變頻操控方法及其變頻操控系統(tǒng)。變頻器通過采用空間電壓矢量隨機(jī)PWM，調(diào)制方法實(shí)現(xiàn)變壓變頻控制，從而實(shí)現(xiàn)對卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)的軟起動和平滑調(diào)速；它還通過相應(yīng)的綜合控制邏輯電路實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)、安全抱閘和參數(shù)設(shè)置；泄放裝置則是通過實(shí)時采樣變頻器PN端電壓、并經(jīng)過比較運(yùn)算和信號觸發(fā)驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)對回饋能量泄放的。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了電動機(jī)的軟啟動，實(shí)現(xiàn)了無級平滑調(diào)速，可在靜態(tài)或動態(tài)任意調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。運(yùn)行平穩(wěn)，無轉(zhuǎn)差沖擊，延長了機(jī)械系統(tǒng)的使用壽命。平均節(jié)電率實(shí)測可達(dá)45％以上。
文檔編號B66B1/06GK1418804SQ02155420
公開日2003年5月21日 申請日期2002年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月13日
發(fā)明者林海光 申請人:煙臺惠豐電子有限公司