變頻器在某艦用庫內轉運裝置控制系統改進中的應用

王炎龍

【摘 要】本文從庫內轉運裝置在實際使用中存在的問題進行分析，分別介紹了轉運裝置改進前的控制系統和采用變頻器的控制系統，分析了兩者的工作原理和調速方式，采用變頻器的控制方式很好的解決了實際中的問題，實現了轉運裝置的有級調速向無級調速的轉變，提高了庫內轉運效率。

【關鍵詞】雙繞組雙速電機；接觸器；變頻器；調速

中圖分類號： TD63 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）23-0011-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.23.003

【Abstract】This paper analyzes the problems existing in the practical use of the rolls transfer device， The improved control system and the control system with frequency converter are introduced respectively， The working principle and speed regulation mode of the two are analyzed， The control of the frequency converter works well to solve the problems in practice， It realize that transition of step speed regulation to stepless speed regulation of transfer device， Increase that transport efficiency in the reservoir.

【Key words】Double wiring double speed motor；Contactor；Transducer；Speed governing

0 引言

某型艦用庫內轉運裝置主要用來控制車架機構沿前后方向、左右方向和升降方向運動，以此來完成對艙內物品的轉移和堆放，是艦上艙內物資轉運的重要組成部分。在實際使用中驅動電機采用雙繞組雙速電機，使用時需要哪種轉速將相應的繞組接入電源以滿足不同情況下的使用需求。在實際使用中發現大車架沿前后方向直接以高速啟動時由于大車架機械結構自身慣性較大特別是在帶載狀態下，導致大車架在啟動時刻和停止時刻晃動較為嚴重，給實際操作帶來不便，影響艙內物品的轉移效率。隨著現代大功率電子技術的發展， 交流電機調速用的變頻器的性能日新月異， 調速范圍寬、調速精度高、動態響應快、功率因數高、操作方便且便于同其他設備接口等一系列優點，使變頻器的應用越來越廣泛[1]。因此在改進設計方案中引入變頻器控制方式，實現了轉運裝置從有級調速向無級調速的轉變，實際使用中很好的解決了電機高速啟動或停止瞬間帶來的大車架機械結構晃動嚴重的問題，提升了庫內物品轉運的效率。

1 原調速系統控制方式

1.1 雙速電機調速原理

異步電動機的轉速表達式為：

N1=N2×（1-s）=60f/p×（1-s）（1）

N2=60f/p（2）

式中：N2為電機的同步轉速；N1為電機的實際轉速；s為電機的轉差率，反應異步電機的實際轉速與旋轉磁場轉速的差異；f為電源頻率；p為電動機繞組極對數。

從（1）式和（2）式中可知，當電源頻率f不變時，改變電機繞組極對數p，可以改變電機的同步轉速，從而改變電機的轉速。雙繞組雙速電機就是利用這個原理在電機定子槽內嵌入兩套定子繞組，兩組繞組各自獨立具有不同的極對數，通常為4/12、4/16、4/24等變極方式，采用改變極對數的方式進行調速需要定子繞組的極對數能夠依據外部接線的改變而改變[2]。由于電機的極對數的改變是一個跳變的過程，因此在電機轉速曲線上將有一個臺階變化，不能實現平滑的無級調速。

1.2 雙速電機調速控制系統

系統采用三臺4/12極的雙繞組雙速電機，分別控制前后、左右、上下三個方向上的運動，接線方式采用△/YY型連接方式，低速時接成△型方式，高速時接成YY型方式，采用通電延時時間繼電器實現電機低速向高速的自動切換[3]。

手持控制器通過按鈕的閉合和斷開來控制與其串聯的繼電器線圈的得電和失電，繼電器的輔助觸點與相應接觸器主線圈串聯，繼電器輔助觸點的閉合和斷開控制接觸器線圈的得電和失電，接觸器主觸點串聯至電機前級，接觸器主觸點的閉合和斷開決定電機的轉動和停止。在控制回路中引入通電延時時間繼電器以實現電機低速向高速的自動切換，時間繼電器觸點和控制電機運轉的接觸器主線圈串聯，通過設置時間繼電器通斷延時的時間，使電機先工作在低速狀態，延時時間一到，將電機由低速狀態切換到高速狀態。三個方向運動方式相同，以大車架運動為例，具體電路圖見圖4和圖5。

大車架低速運行：按下按鈕SB2的前進方向按鍵，正轉方向繼電器K2線圈得電，線圈得電后其常開觸點1和3閉合，與其串聯的正轉方向接觸器KM1主線圈得電，主線圈得電后其主觸點和輔助常開觸點13和14閉合，與其常開輔助觸點串聯的低速接觸器KM4主線圈得電，KM4主線圈得電后其主觸點閉合，此時電機以低速正向方式運轉，松開按鈕后電機停止運轉，按下SB2后退方向按鈕時電機以低速反向方式運轉。

大車架高速運行：手持控制器旋鈕SB1按下選擇高速運行，速度選擇中繼器K1線圈得電，按下SB2前進方向按鈕，正轉方向中繼器K2線圈得電，線圈得電后其常開觸點1和3閉合，與其串聯的正轉方向接觸器KM1主線圈得電，主線圈得電后其主觸點和輔助常開觸點13和14閉合，與其常開輔助觸點串聯的通電延時時間繼電器KT1線圈得電，通電延時時間繼電器KT1常開觸點25和28先閉合t秒（數值可調）再斷開，在這閉合t秒內與其串聯的低速接觸器KM4主線圈得電，KM4主線圈得電后其主觸點閉合，此時電機以低速正向方式運轉，t秒后繼電器KT1常開觸點25和28斷開，低速接觸器KM4主線圈失電，繼電器KT1常閉觸點15和18由斷開變為閉合，與其串聯的高速接觸器KM3主線圈得電，KM3主線圈得電后其主觸點閉合，此時電機以高速正向方式運轉，完成電機由低速到高速的自動切換，松開按鈕后電機停止運轉，按下SB2后退方向按鈕時電機以相同方式反向運轉。

大車架高速運行時利用通電延時時間繼電器實現了電機從低速向高速的自動切換，避免了電機直接由零速啟動到高速狀態，而是先由零速啟動到低速狀態，再由低速切換到高速，一定程度上減少了大車架直接高速啟動帶來的沖擊和晃動。但是仍然不能避免電機啟動或者停止以及低速運行過程中速度切換帶來的大車架的劇烈沖擊和嚴重晃動。電機高速運行速度曲線如圖3所示。同時由電路原理圖可以看出為了實現信號的傳遞和電機動作的執行采用了大量的繼電器和接觸器，繼電器和接觸器在使用中頻繁的吸合斷開，容易造成線圈的燒毀和觸點的燒結，給后續的使用和故障的排查帶來一定的麻煩。

2 基于變頻器的控制方式

變頻器能實現對交流異步電機的軟起動、無級調速、提高運轉精度、改變功率因數、節能、具有過流/過壓/過載保護等功能，使得變頻器在實際中的應用越來越廣泛[4]。

根據實際應用場所和工作環境的情況，改進的控制系統中直接使用開關量作為變頻器的輸入信號，控制形式簡單，系統采用SEW的MDX60/61B型變頻器，大/小車平移機構由于其慣量較大，負載變化相對較小，基本上屬于阻力性負載，采用VFC的控制模式，在變頻器內部通過參數設置，確定轉運裝置的加減速曲線、加減速時間、運行速度、過流過載保護等功能，升降裝置仍采用原雙速電機控制方式。

系統通過高電平開關量的控制向變頻器外部端子輸入指令信號，變頻器中央處理器根據輸入的指令信號對其進行分析處理，然后按照設定的參數對電機進行正反轉、調速和啟動停止的控制，以大車架運動為例，電路原理圖如圖4所示。當繼電器K1和K2常開觸點閉合時，電機正轉；當繼電器K1和K3常開觸點閉合時，電機反轉；繼電器K4常閉觸點閉合時電機工作在預先設定的速度n11上，繼電器K4常開觸點閉合時電機工作在預先設定的速度n21上；上述繼電器觸點的控制同圖2中的控制方式，繼電器線圈與手持控制器按鈕串聯，通過按鈕的按下與斷開使線圈得電或者失電，從而控制繼電器觸點的開啟和閉合。

變頻器的參數一般分為十個功能組，有幾百個參數，但是九成左右都是出廠時設置好的，實際應用時一般修改的參數不超過10%。在速度控制上系統采用直線加減速的控制方式，通過設定加速時間和減速時間來改變速度曲線，加減速時間根據實際負載適時調整，否則容易引起加速過流和過壓或者減速過流和過壓，加減速時間設定范圍為0～2000s，電機速度運行曲線見圖5，由圖可以看出電機啟動后沿均勻的加速度加速到指定速度，且加速時間可以根據實際情況隨時調整，減速階段與加速階段類似。由于電機采用VFC的工作方式，因此可以通過使用DBG60B面板對變頻器進行調試和參數設定，使用時將DBG60B面板插入變頻器XT端子槽中，操作簡單便于攜帶，DBG60B面板如圖6所示。

3 總結

采用變頻器的轉運裝置控制系統，在實際運行中情況良好，大車架高速啟動或停止帶來的晃動嚴重問題得到了很好的解決，系統啟動和制動過程快速平穩，提高了轉運效率，變頻器控制電路實現簡單，采用DBG60B面板進行調試操作方便，避免了采用大量行程開關與接觸器、繼電器組成的復雜電路的連接，而且還可以通過變頻器參數設置多種保護功能，變頻器提供故障代碼顯示功能，使得故障信息的診斷和維修變得十分容易。

【參考文獻】

[1]楊柏.變頻器在電機啟動與調速中的應用分析. 湖南廣播電視大學學報，2005（1）：95-97.

[2]楊鑫，陳鵬，李陽.雙速電機變頻改造及應用. 變頻器世界，2015（8）：65-67.

[3]張琨英.雙速交流異步電動機自動變速控制電路的改造.科技信息：學術版，2008（24）：410+412.

[4]劉福祿.我國變頻器市場發展趨勢預測分析. 重慶工貿職業技術學院學報，2012（4）：28-30.