變頻器在DF900D架橋機中的應用及注意事項

變頻器在DF900D架橋機中的應用及注意事項
 六公司哈齊客專(zhuān)項目部架梁隊    楊立新
摘要：變頻器在大型設備中的應用越來(lái)越廣泛，尤其是在DF900D架橋機上的使用應引起人們的重視。本文主要介紹了變頻器的工作原理及在大型設備DF900D架橋機上的作用，增強了架橋機的可靠性，提高了其工作效率，改善了架橋機的運行性能，提出了變頻器在使用中注意的的事項。
 關(guān)鍵詞：變頻器   工作原理   注意事項
     在哈齊客專(zhuān)900噸箱梁架設中中鐵十五局使用的是DF900D架橋機承擔著(zhù)600孔箱梁的架設任務(wù)，DF900D架橋機能否安全、可靠、方便地工作在很大程度上取決于電氣控制系統，電氣控制系統由工業(yè)PC 、可編程控制器、變頻器、遙控器、人機界面等主要部分構成。結合本人的實(shí)踐談?wù)勛冾l器的工作原理及其注意的事項。
變頻器的工作原理
    變頻器是把工頻電源50hz或60hz變換成頻率可調的交流電源，以實(shí)現控制電動(dòng)機的變速運行的設備，變頻器由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅動(dòng)單元、檢測單元微處理單元等組成的。其主要有主電路和控制電路組成，主電路包括：整流電路、直流中間電路、逆變電路等；整流電路的主要作用是把三相或單相交流電變換成直流電，為逆變電路提供所需的直流電源。直流中間電路通過(guò)大容量的電容對輸出電壓進(jìn)行濾波對整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路的功能是在控制電路的控制下將直流中間電路輸出的直流電壓轉換為電壓頻率可調的交流電壓，實(shí)現對異步電動(dòng)機的變頻調速的控制直流電在逆變成交流電�？刂齐娐酚羞\算電路、檢測電路、控制信號的輸入/輸出電路和驅動(dòng)電路組成，控制電路是給異步電動(dòng)機供電的主電路提供控制信號的回路。由變頻器的工作原理可以知道，三相異步電動(dòng)機同步轉速表達式為：
 n = 60 f (1 – s ) / p
式中：n----異步電動(dòng)機的轉速
      f----異步電動(dòng)的頻率
      s----電動(dòng)機的轉差率
      p----電動(dòng)機極對數
 有上式可知轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機的轉速，當頻率f在0—75hz的范圍內變化時(shí)，電動(dòng)機轉速調節范圍非常寬。變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機電源頻率實(shí)現速度調節的，是一種理想的高效率、高性能調速手段。

變頻器的結構原理圖
二、變頻器在DF900D架橋機中的應用
 DF900D架橋機共使用8臺FR-A700變頻器來(lái)控制，使架橋機起升系統及各走行機構的性能得到很大的提高，提升平穩、減速平滑，空中啟動(dòng)無(wú)溜鉤。采用重載低速、空載高速設計，提高效率。
主起升部分
 主起升部分控制分布在兩臺吊梁天車(chē)上的八臺卷?yè)P機，考慮八臺卷?yè)P機的單獨動(dòng)作及同步聯(lián)動(dòng)問(wèn)題，啟動(dòng)沖擊、制動(dòng)及溜鉤問(wèn)題。起升機構是DF900D架橋機的重點(diǎn)控制對象。為防止重載下降時(shí)出現溜鉤現象，機構設有制動(dòng)電阻和制動(dòng)單元，同時(shí)在電機和減速機的高速軸和低速軸處加有雙制動(dòng)器，正常制動(dòng)時(shí)首先制動(dòng)高速端然后延遲一段時(shí)間再使低速端制動(dòng)，使制動(dòng)趨于平穩。另外由于變頻器在制動(dòng)時(shí)是先逐漸降低頻率減速直到接近零赫茲時(shí)再進(jìn)行制動(dòng)，所以制動(dòng)非常平穩。重物下降時(shí)由于勢能而產(chǎn)生的能量將由制動(dòng)電阻和制動(dòng)單元消耗吸收。升降系統采用旋轉編碼器實(shí)現轉速反饋構成閉環(huán)調速系統，可在四象限內對轉速自動(dòng)調節。八臺單個(gè)卷?yè)P機均可單獨進(jìn)行調整，以便于組拼架橋機時(shí)穿鋼絲繩或單獨進(jìn)行調整。升降系統設有超速開(kāi)關(guān)，一旦出現超速即可自動(dòng)停機。起升機構在所有工作機構中電機功率最大：P=22kW×8=154kW，單機功率為22kW，選擇功率為30kW的變頻器八臺。
2、走行機構
 DF900D架橋機走行機構包括導梁天車(chē)縱移、導梁吊機縱移、前支腿吊掛縱移、后支腿縱移、輔助支腿走行輪、輔助支腿反掛輪等。各走行機構工作時(shí)最大功率為前、后馱梁小車(chē)供電，其單車(chē)功率為5.5×4=22kW，采用二臺30kW變頻器提供，滿(mǎn)足要求；由于架橋機在工作時(shí)僅允許有一個(gè)機構工作，因此，所有行走機構均可共享變頻器這一資源以降低成本。
 DF900D架橋機整機采用了全變頻調速，其中包含有各種保護功能，如：過(guò)壓、欠壓、過(guò)載、短路、斷路、漏電、電子熱保護等等。變頻器對電機能起到熱保護作用，由于每臺變頻器只能對單臺電機起保護，為了保證了系統的安全，提高其可靠性，在DF900D架橋機中除起升系統為單臺變頻器控制單臺電機外，其余都在兩臺以上，因此在每臺電機的前端又增加了復式空氣開(kāi)關(guān)以保護電機。另外各執行機構還都設置了限位開(kāi)關(guān)、預減速開(kāi)關(guān)，來(lái)確保架橋機萬(wàn)無(wú)一失。
變頻器使用及注意的事項
1、變頻器安裝
    由于變頻器屬于精密的功率電力電子產(chǎn)品，其現場(chǎng)安裝工藝的好壞也影響著(zhù)變頻器的正常工作。正確的安裝可以確保變頻器安全和無(wú)故障運行。變頻器對安裝環(huán)境要求較高。一般變頻器使用溫度范圍為最低溫度-10℃，最高溫度不超過(guò)50℃；變頻器的安裝海拔高度應小于1000m，超過(guò)此規定應降容使用；變頻器不能安裝在經(jīng)常發(fā)生振動(dòng)的地方，對振動(dòng)沖擊較大的場(chǎng)合，應采用加橡膠墊等防振措施；不能安裝在電磁干擾源附近；不能安裝在有灰塵、腐蝕性氣體等空氣污染的環(huán)境；不能安裝在潮濕環(huán)境中，應盡量采用密封柜式結構，并且要確保變頻器通風(fēng)暢通，確�？刂乒裼凶銐虻睦鋮s風(fēng)量，其典型的損耗數一般按變頻器功率的3%來(lái)計算柜中允許的溫升值。
DF900D架橋機使用的是FR-A700變頻器其安裝工藝要求如下：1、確�？刂乒裰械乃�有設備接地良好，應該使用短、粗的接地線(xiàn)連接到公共地線(xiàn)上。其接地電阻應小于4歐姆，另外與變頻器相連的控制設備（如PLC或PID控制儀）要與其共地。2、安裝布線(xiàn)時(shí)將電源線(xiàn)和控制電纜分開(kāi)，例如使用獨立的線(xiàn)槽等。如果控制電路連接線(xiàn)必須和電源電纜交叉，應成90°交叉布線(xiàn)。3、使用屏蔽導線(xiàn)或雙絞線(xiàn)連接控制電路時(shí)，確保未屏蔽之處盡可能短，條件允許時(shí)應采用電纜套管。4、確�？刂乒裰械慕佑|器有滅弧功能，交流接觸器采用R-C抑制器，也可采用壓敏電阻抑制器。5、用屏蔽和鎧裝電纜作為電機接線(xiàn)時(shí)，要將屏蔽層雙端接地。6、如果變頻器運行在對噪聲敏感的環(huán)境中，可以采用RFI濾波器減小來(lái)自變頻器的傳導和輻射干擾。為達到最優(yōu)效果，濾波器與安裝金屬板之間應有良好的導電性。
2、變頻器與制動(dòng)單元的連接
 變頻器雖然有內置電阻，但由于DF900D架橋機在實(shí)施高頻率運行時(shí)，內置的制動(dòng)電阻熱能力將不足，需要在外部安裝專(zhuān)用制動(dòng)電阻來(lái)提高減速時(shí)的制動(dòng)能力，下圖是連接FR-BU(H)制動(dòng)單元的線(xiàn)路圖
  
 制動(dòng)單元應安裝在制動(dòng)單元附屬的電纜能連接到變頻器的范圍內，制動(dòng)單元和變頻器間的配線(xiàn)使用制動(dòng)單元附屬的電纜，將主電源的電纜連接到變頻器的P/+,N/-端子上，切開(kāi)變頻器上部的橡膠襯套并穿入控制電路電源，連接至變頻器內部的接口。如果制動(dòng)單元內的晶體管被損壞，電阻將非常熱。因此應在變頻器的電源側安裝電磁接觸器，可在故障時(shí)切斷電源。
3、變頻器散熱
 變頻器工作時(shí)，流過(guò)變頻器的電流是很大的, 變頻器產(chǎn)生的熱量也是非常大的，不能忽視其發(fā)熱所產(chǎn)生的影響。變頻器的故障率隨溫度升高而成指數的上升。由于變頻器的容許周?chē)鷾囟仁?10℃---50℃，必須在此溫度范圍內使用。超過(guò)此范圍使用時(shí)，半導體，元件，電容等的壽命會(huì )顯著(zhù)縮短。應采取以下措施，將變頻器的周?chē)�環(huán)境溫度控制在規定的范圍內。
采用強迫換氣等冷卻方式。
將變頻器電器柜安裝在有空調的電氣室內。
避免直射陽(yáng)關(guān)。
設置遮蓋板等避免直射的熱源的輻射熱，暖風(fēng)等
保證電氣柜周?chē)�有良好的通風(fēng)
 通常，變頻器安裝在控制柜中。變頻器的發(fā)熱量可以用以下公式估算： 發(fā)熱量的近似值＝ 變頻器容量（KW）×55,由于變頻器帶有直流電抗器或交流電抗器, 并且在柜子里面, 這時(shí)發(fā)熱量會(huì )更大一些。再加上有制動(dòng)電阻，制動(dòng)電阻的散熱量很大，最好應和變頻器隔離開(kāi)。當變頻器安裝在控制機柜中時(shí)，要考慮變頻器發(fā)熱值的問(wèn)題。根據機柜內產(chǎn)生熱量值的增加，要適當地增加機柜的尺寸。因此，要使控制機柜的尺寸盡量減小，就必須要使機柜中產(chǎn)生的熱量值盡可能地減少。如果在變頻器安裝時(shí)，把變頻器的散熱器部分放到控制機柜的外面，將會(huì )使變頻器有70％的發(fā)熱量釋放到控制機柜的外面。由于大容量變頻器有很大的發(fā)熱量，所以對大容量變頻器更加有效。還可以用隔離板把本體和散熱器隔開(kāi), 使散熱器的散熱不影響到變頻器本體。變頻器散熱設計中都是以垂直安裝為基礎的，橫著(zhù)放散熱會(huì )變差。FR-A700變頻器是功率稍比較大的變頻器，帶有冷卻風(fēng)扇。同時(shí)在控制柜上出風(fēng)口安裝冷卻風(fēng)扇。進(jìn)風(fēng)口要加濾網(wǎng)以防止灰塵進(jìn)入控制柜。
4、FR-A700變頻器注意事項
電源及電機接線(xiàn)的壓著(zhù)端子，使用帶有絕緣套管的端子。
電源一定不能接到變頻器的輸出端子（U,V,W）上，否則將損壞變頻器。
接線(xiàn)后，零碎線(xiàn)頭必須清除干凈。在控制臺上打孔時(shí)，不要使碎粉片粉末等進(jìn)入變頻器中。
布線(xiàn)距離最長(cháng)為500m，特別是進(jìn)行長(cháng)距離配線(xiàn)時(shí)，受到因配線(xiàn)的寄生電容而產(chǎn)生的沖擊電流的影響，會(huì )有高響應電流限制功能下降，連接在變頻器輸出側的機器發(fā)生誤動(dòng)作等不良現象，所以應注意總配線(xiàn)長(cháng)度。
變頻器輸入/輸出包含有諧波成份，可能干擾變頻器附近的通信設備。因此，安裝選件抗干擾濾波器，是干擾降至最小。
 不要使用變頻器輸入側的電磁接觸器啟動(dòng)，停止變頻器。
在有工頻供電與變頻器切換的操作中，設計時(shí)需要為MC1和MC2提供電氣和機械互鎖。在按下圖設計的工頻供電與變頻器切換電路時(shí)，還應考慮在切換時(shí)的電弧或程序錯誤時(shí)造成的振蕩等等，引起來(lái)自電源的電流損壞變頻器。
                    
在停電后電源恢復時(shí)，如果需要防止機械再啟動(dòng)，在設計變頻器一次側的電磁接觸器的同時(shí)，還應設計將控制的啟動(dòng)信號斷開(kāi)。
變頻器反復進(jìn)行高頻率的運行停止時(shí)，有大量的電流反復通過(guò)，使得變頻器的晶體管元件因溫度反復上升，下降導致熱疲勞使用壽命縮短。因熱疲勞受電流的大小影響，因此通過(guò)限制電流或降低啟動(dòng)電流等時(shí)可以延長(cháng)其使用壽命。雖然降低電流可以延長(cháng)壽命，但如果電流本身降低則會(huì )引起旋轉動(dòng)力不足，無(wú)法啟動(dòng)等。因此，可以采取擴大變頻器的容量，以增加電流富余空間的措施。
結束語(yǔ)
 以上通過(guò)對DF900D架橋機的變頻器工作原理及安裝工藝的分析，提出了應該注意的幾點(diǎn)事項。隨著(zhù)新技術(shù)和新理論不斷在變頻器上的應用，變頻器在大型設備上的應用增強了大型設備的可靠性，提高了其工作效率，改善了設備的運行性能。

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