變頻器在天鐵運輸部起重機控制系統中的應用

趙利萍

（天津天鐵冶金集團運輸部，河北涉縣056404）

變頻器在天鐵運輸部起重機控制系統中的應用

趙利萍

（天津天鐵冶金集團運輸部，河北涉縣056404）

對艾默生EV3000變頻器在天鐵運輸部起重機控制系統應用過程中出現的問題進行了分析，通過調整其控制參數、優化控制工藝及變頻器的選定，有效地降低了起重機設備故障率，提高了工作效率，降低了勞動強度，保障了裝運工作的正常運轉 。

起重機；異步電動機；變頻調速；變頻器

1 引言

交流變頻調速技術在工業界的廣泛應用，為交流異步電動機驅動起重機大范圍、高質量地調速提供了全新方案。交流變頻調速技術應用于起重機后，與市場上大量使用的傳統繞線異步電動機轉子串電阻調速系統相比，提高了裝卸作業的生產率、延長了起重機機械部分的壽命、降低了電能的消耗，并且變頻器具有完善的保護、監測及自診斷功能，如再結合PLC控制，可大幅度提高變頻起重機電控系統的可靠性。

本文講述了艾默生變頻器的工作原理，以及在天鐵運輸起重機控制系統的應用過程。針對實際工作中出現的問題進行了分析并提出了處理措施。該系統的實施不僅使系統的安全可靠，而且提高了起重機的作業率，降低了起重機設備故障率。

2 變頻器調速技術

2.1 變頻調速原理

由三相異步電動機轉速公式n=60f（1-s）/p可知，當極對數p、轉差率s不變時，電動機轉子轉速與定子電源頻率成正比，因此，連續改變供電電源的頻率，就可以連續平滑地調節電動機的轉速。變頻調速具有調速范圍廣、調速平滑性能好，可以方便地實現恒轉矩或恒功率調速等優點，得到了廣泛應用。

變頻調速是以變頻器向交流電動機供電。變頻器是把固定電壓、固定頻率的交流電變換成可調電壓、可調頻率的交流電變換器，是異步電動機變頻調速的控制裝置。變頻器從整體結構形式上可分為交-直-交型和交-交型兩大類。翻車機改造采用交-直-交型變壓變頻器，它首先通過整流電路將電網的交流電整流成直流電，再由逆變電路將直流電逆變為頻率和幅值均可調的交流電。交-直-交變壓變頻器主電路見圖 1。

2.2 變壓變頻調速技術特點

變壓變頻調速是改變電動機定子電源的頻率、電壓，從而改變其同步轉速的調速方法。其特點為：效率高，調速過程中沒有附加損耗；應用范圍廣，可用于籠型異步電動機；調速范圍大，特性硬，精度高；技術復雜，造價高，維護檢修困難。

圖1 交-直-交變壓變頻器主電路

3 變頻器常見問題處理

3.1 變頻器的選定

天鐵運輸部起重機主起升、大車、小車均采用YZB系列變頻起重電機，型號分別為YZB355M-8、YZB200L-6、YZB160M2-6。變頻器的選型滿足以下條件：電壓等級與控制電機相符；額定電流為控制電機額定電流的1．1～1．5倍；根據被控設備的負載特性選擇變頻器的類型。

EV3000系列變頻器具有電機參數自動調諧、零伺服控制、速度控制和轉矩控制在線切換、轉速跟蹤、內置PLC、內置PID控制器、編碼器和給定及反饋信號斷線監測切換、掉載保護、故障信號追憶、故障自動重、內置制動單元、內置PG接口、28種故障監控、豐富的I/O端子，能滿足各類負荷對傳動控制的要求。

根據各電機額定功率，分別選擇EV3000-4T2000G（主起升）、EV3000-4T0750G（大車）、EV3000-4T0150G（小車）。起重機控制回路和變頻器參數設定見表1。

3.2 變頻器故障現象及分析處理

3.2.1 上電緩沖電阻燒損

（1）現象：供電線路安裝及調試過程中，發生送電瞬間跳閘后無法送電的現象。

（2）分析處理：根據現象首先對變頻器外部供電部分進行檢測，未發現問題，其供電斷路器MCCB接觸壓達到一定值時，令變頻器內部接觸器吸合后，將緩沖電阻斷掉，以實現對濾波電容的保護。分析故障原因可能為上電瞬間直流部分過流引起上電緩沖電阻燒損。在排除了直流部分的主要部件燒損的可能性后，在檢查與直流部分并接的制動部分時發現其制動單元進接線接反，致使直流部分正負兩極短接。在恢復接線后，更換上電緩沖電阻并送電調試，變頻器恢復正常工作。

3.2.2 三相輸出端接地短路

（1）現象：主起升無動作，變頻器顯示屏顯示故障代碼E010。

表1 變頻器參數設定

（2）分析處理：經現場檢查，控制盤供電正常，無跳閘現象，手動給定液壓制動器工作良好。查閱廠家使用說明書，其故障類型為功率模塊（功率模塊包括整流電路、逆變電路、三相輸出電路及驅動電路和制動電路等）故障。故障可能原因：①變頻器瞬間過流；②變頻器三相輸出相間或接地短路；③變頻器通風不良或風扇損壞；④功率模塊橋臂直通。

首先，檢查變頻器外部供電是否正常。打開機箱后發現其內部通風良好，溫度正常，之后檢查其內部元件，檢測主電路器件是否有損壞。具體方法是：用萬用表電阻1K檔，分別測量三相輸入、三相輸出端與直流端電阻，其阻值在5 kΩ左右，三相阻值要相等，輸出端比輸入端要略小些，并且沒有充放電現象。經查內部元件均未損壞，沒有發生元件擊穿引起瞬間過流的可能行。因此，懷疑故障原因是相間短路或接地引起的過流或功率模塊橋臂短路，再分別檢測各橋臂相間及接地阻值時發現三相輸出接線處對地短接，分析是此處接地引起的過流故障。處理后，送電運行，變頻器恢復正常。

3.2.3 制動單元故障

（1）現象：主起升變頻器報故障E005，詢問操作人員設備運行情況，在設備運行停車時產生跳閘（即故障），再次給運行設備運行正常，但停車時跳閘時有發生。其故障類型為變頻器減速運行過壓，可能的故障原因：①減速時間設置過短（包括調諧過程）；②負載勢能或慣性量較大；③輸入電壓異常。

（2）分析處理：先檢查輸入電壓，三相間均為380 V，排除輸入電壓異常的可能性，然后調取操作面板內存儲數據，其減速時間設置為5 s，比對產品使用說明書設置屬正常范圍，而機械制動裝置也沒有問題，排除了減速時間設置過短或負載勢能或慣性較大的故障原因。由于故障發生在停車時，而制動單元的工作原理是當工作機械設備要求快速制動，而在所要求的時間內，變頻器再生能量在中間環節電容器所規定的電壓范圍內無法存儲，或者內接的制動電阻來不及消耗掉，而使直流部分過壓時，通過外接制動組件加快消耗再生電能的速度，其故障可能引起主線路制動停車時過壓。故障起重機的主起升變頻器制動部分由4組外接制動單元與外接制動電阻組成。送電試車，并分別測量各制動組（制動單元與制動電阻）。在測量3號制動單元時發現輸出端無電壓，由此可判斷這個制動單元損壞。而故障原因為制動單元損壞引起直流部分停車時過壓。更換制動單元后，設備恢復正常。

3.2.4 接口板接口故障

（1）現象：起重機主起升無動作，變頻器能夠正常啟動，但頻率未上升，維持在1.85 Hz。

（2）分析處理：懷疑是頻率給定信號問題，在確認供電正常的情況下，上電操作，PLC的檔位信號正常，可見不是信號問題。之后懷疑變頻器參數問題，依次檢查參數，其最高頻率上限頻率都為50 Hz。最后懷疑問題發生在閉環回路上，將運行方式設置為開環運行后，設備各擋位運行正常。開機后檢查接口板閉環信號接收電路，其供電與接地均正常。懷疑其信號采集電路損壞，由于其集成度較高，我們直接更換了接口板。更換后重新上電操作，變頻器恢復正常。故障原因為閉環回路斷路，閉環檢測電路檢測不到電機啟動而無法給定更高頻率。

通過對變頻器故障實例進行分析并處理，為今后變頻器的檢修提供了實踐經驗，同時有效地降低了起重機設備故障率，提高了其作業效率，保障了裝運工作的正常運轉 。

4 結束語

通過起重機采用變頻調速技術，不僅滿足了橋式起重機的工藝要求，而且克服了傳統調速系統存在的許多問題，同時還可以通過變頻器參數設置很多保護功能，使系統實現了過電壓、過電流、欠電壓等多重保護，使系統工作更加安全可靠。通過對變頻器故障實例進行分析并處理，為今后變頻器的檢修提供了實踐經驗。

Application of Frequency Converter to Crane Control System of Tiantie Transportation Division

ZHAO Li-ping
(Transportation Division of Tianjin Tiantie Metallurgy Group,She County,Hebei Province 056404,China)

The paper analyzes the problems occurring in Emerson EV3000 frequency converter during the operation process of crane control system of Tiantie Transportation Division.Control parameters are adjusted and control process and frequency converter selection optimized.Crane failure rate is effectively lowered with improved working efficiency and reduced labor strength.The normal running of loading and transportation work is ensured.

crane;asynchronous motor;VVVF;frequency converter

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.06.012

2014-06-12

2014-06-20

趙利萍（1980—），女，主要從事冶金產品吊裝控制技術管理工作。