變頻調速在船閘電氣控制系統中的合理應用

顧小文

摘 要：通過變頻調速在船閘電氣控制系統中的應用，能夠促進船閘控制的整體質量，保證航運通行的效果。變頻調速系統和邏輯控制器在航運電氣控制系統中的有效應用，能夠提高電氣線路各個裝置的靈敏程度，有效減少故障幾率，且為檢修工作帶來便捷。通過實踐證明，電氣控制系統運用的變頻調速和邏輯控制器，能夠極大的提高整機作業的性能，并且延長電動機的使用壽命提高整體的安全系數。

關鍵詞：變頻調速；船閘電氣控制系統；應用分析

中圖分類號：U641 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）34-0170-02

Abstract： The application of variable frequency speed regulation in the shiplock electrical control system can promote the overall quality of shiplock control and ensure the effect of shipping passage. The effective application of variable frequency speed regulation system and logic controller in shipping electrical control system can improve the sensitivity of electrical circuit devices， thus effectively reducing the probability of failure， and bring convenience to the maintenance work. It is proved by practice that the frequency conversion speed regulation and logic controller used in the electric control system can greatly improve the performance of the whole machine and extend the service life of the motor and improve the overall safety factor.

Keywords： variable frequency speed regulation； shiplock electric control system； application analysis

由于我國河流眾多，航運在交通運輸中占據重要的地位。航運具有運量大、能源消耗低、環境污染小的優點，對社會經濟發展具有非常重要的促進作用。為了提高船舶通行的能力，必須要積極加強電氣控制系統，通過運用變頻調速技術，能夠保證船閘控制的整體質量。

1 變頻調速系統概述及原理

隨著計算機技術、機電控制技術的快速發展與應用，促進船閘電氣自動化的快速發展，尤其是內河航運呈現出專業化、大型化、自動化的方向發展，利用變頻調速系統的無極、無觸點、可頻繁啟動、功率因數大的優點，能夠促進船閘通航的整體質量不斷提高。

變頻調速器大多數主要以可編程控制器作為核心，利用液壓傳動以及機械傳動等不同的變頻調速方式，變頻調速系統包括變頻器控制系統、傳動系統以及電磁抱閘系統。變頻調速的主要原理是，當電機在啟動時，電網中的50Hz交變頻率電流會通過變頻調整來減少電機旋轉磁場轉速之差，保證電機旋轉接近或者同步速插，促進轉子的扭距不斷提高，隨著變頻器的頻率逐漸提升，直至到50Hz左右，實現平穩啟動的效果。交流變頻調速可以起到平穩制動的功能，緩和機械的沖擊，有利于提高調速系統的可靠性與安全性，保證調速系統節能效果。

2 變頻調速系統的構成

2.1 可編程控制器

可編程控制器作為計算機技術與繼電器邏輯控制系統結合的產物，能夠針對各種復雜的控制任務進行自動調控，可編程控制器具有非常多的優點，首先它能夠具有良好的可靠性，在航運工作環境中得到充分的適應，不僅能夠實現自我診斷，還能夠針對故障進行自動維護，并且可編程控制器還能夠在高溫沖擊粉塵等惡劣條件下進行工作；可編程控制器并不需要各種特殊的機房或者嚴格的屏蔽保障，在使用時只需要正確的安裝就能夠快速運行，在各個模塊上均裝有故障指示裝置，如果模塊出現故障，則可以自動顯示故障；還有大多數的模塊都可以進行帶電插拔、自由更換，在最大程度上減少故障停機的時間，快速恢復運轉。除此之外，可編程控制器還具有功能強、價格低的優勢，不僅其質量和功能不斷提升，體積一直降低，而且使用的壽命得到不斷延長，所以可編程控制器在變速調控系統中具有非常重要的作用。

2.2 人機交互界面

人機交互界面則能夠觀察船閘控制的主要狀態，及時的發布指令，通過與可編程控制器和數據信息進行交換，完成上位機組態軟件的控制效果，通過可編程軟件數據信息交換能夠讓各項數據更加直觀清晰的展現出來，一旦發現異常情況能夠及時的發出信號警告。

變頻器是變頻調速系統的主要設備，必須加強對變頻器的功率、型號進行分析，保證變頻器與電機相匹配，控制系統包括可編程控制器、人機交互界面、檢測裝置等。可編程控制器主要的功能就是收集船閘在運行過程中產生的各項數據，對數據信息進行收集與整理，對電磁抱閘保護動作進行狀態監控。傳動系統能夠對船閘變頻調速，通過改變傳動系統的方式來控制船閘狀態。由于船閘使用的動力系統不同，導致傳動系統有液壓傳動與電機傳動兩種不同類型。液壓傳動包括油缸活塞桿、油泵、電機等構件，所以在液壓傳動系統中電機轉速與泵流量和電流頻率之間具有正比關系，通過變頻器對電流的頻率進行調節就能夠及時的對液壓系統的流量進行控制，達到調速變頻的效果。

2.3 電動傳動系統

電機傳動系統包括電機、變速齒輪以及齒條。當變頻器在改變輸出頻率之后，電機轉速改變，主軸輸出轉矩也會發生變化，經變速齒輪與齒條傳遞到負載上后，也能夠對船閘進行合理調控。

3 變頻調速在船閘電氣控制系統中的應用

3.1 恰當選擇變頻器

由于船閘控制系統中閘門電機主要功率在15kW左右，轉速分為高、中、低三檔，通過不同交流變頻器驅動在引入變頻器之后，確保控制系統在閘門啟動時能夠抱閘裝置打開，避免出現溜車的問題，閘門電機與電磁抱閘控制系統來配合實現閘門啟停工作。在應用變頻器的過程中，必須要保證變頻器與船閘適應性。由于在該船中船閘屬于提升式負載，變頻器的容量應該提升一個檔次，18.5kW為佳。

3.2 科學設定運轉參數

在對閘門電機高、中、低三檔運行轉速調節時，必須要設定具體的運行參數，這樣才能夠保證頻率與轉速一一對應。

感應式交流電機的旋轉速度取決于電機的極數和頻率，由電機的工作原理決定電機的極數是固定不變的，由于該極數值不是一個連續的數值（為2的倍數，例如極數為2，4，6），所以頻率能夠在電機的外面調節后再供給電機，這樣電機的旋轉速度就可以被自由的控制。以控制頻率為目的的變頻器是作為電機調速設備的優選設備。

3.3 閘門電磁抱閘設計

在變頻器啟動之后如果電機出現預定的電流，則輸出信號能夠打開電磁抱閘。通過內部控制器，抱閘功能在電流頻率達到設定值時通過輸出信號對可編程控制器進行反饋，在可編程控制器反饋處理之后發出處理信號，將電磁抱閘關閉。

3.4 變頻器的抗干擾設計

在開斷設計時由于出現高次諧波很容易導致電壓電流受到影響，產生畸變造成嚴重干擾，引發設備的誤觸動，必須要加強對于變頻器的抗干擾設計，保證變頻器控制的可靠性與安全性。在變頻器抗干擾設計時要保證分開接地，將接地端子與動力地線直接連接，而控制裝置則應該與控制地線連接，另外加強設備布置工作。由于電壓波形會產生許多的諧波導致變頻器的輸出電流增大，造成電機繞組發熱，產生振動、噪音等問題，加速絕緣老化，而且很容易引發電機故障。在安裝變頻器的過程中，必須要對變頻器的距離進行控制，通過縮短與電機之間的配線長度，實現變頻器與電機的直連，另外要加強布線控制，在船閘系統中有各種各樣的電線，包括動力線、控制線、計算機線、儀表線等，如果沒有合理規劃布線，很容易導致各個線路之間出現信號干擾。在綜合布線時，必須要對不同的線槽進行分開，避免電纜動力線與信號線相互交叉的問題，如果無法避免，則應該將兩者隔開，保證足夠的間距，減少信號被干擾的可能性。同時要盡可能的減少高次諧波，由于高次諧波對電機具有極大的破壞性。在應用變頻器時必須要減少高次諧波的產生，通過在變頻器中安裝濾波器，可以快速的過濾高次諧波，另外還可以通過自帶線路電抗器的方式來加強對于變頻器的電流畸變控制，盡可能的減少，對主電源產生的信號干擾。

4 結束語

通過本文對變頻調速在船閘電氣控制系統中的應用分析，說明變頻調速對電動機調速的具體應用效果，也能夠提高船閘電氣控制系統的整體運行質量，避免內部電機裝置出現摩擦，保障電機的使用壽命。對于交流調速系統而言，交流電機的時間參數調整非常困難，在調速的過程中可以利用變頻器自動功能的設定來實現時間參數的設定，能夠保證變頻器在短時間內運行無任何負載電機，并且實現快速測量電機參數的效果，可以更好的存入變頻器內部，保證旋轉變幅電機達到最佳的工作狀態。

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