变频技术在翻车机改造中的应用.docx

张江南 1，荆予华 2，荣建伟 2，王西卫 2，李志刚 张江南 1，荆予华 2，荣建伟 2，王西卫 2，李志刚 2，佟 麟 2 （1. 河南电力试验研究院，河南 郑州 450052；2. 焦作电厂，河南 焦作 454001） 摘要：介绍了焦作电厂#1 翻车机变频改造的方案设计和应用。翻车机变频采用了先进的矢量控制方式，四 象限运行，两台变频器利用下垂特性控制两台电机，实现了力矩平衡，同步效果好。实现变频后翻车机对 位准确，运行平稳，安全性高。 关键词：翻车机；变频；同步；下垂特性；矢量控制 中图分类号：TN717 文献标识码：B 车机属于恒转矩负载。翻车机启停频繁，有正反 转、起制动要求，部分时段处于再生发电状态，是 四象限工作的负载；翻车机又是需要大启动转矩的 位能型负载；翻车机由两台电机共同驱动，有同步 要求。翻车机这些特点对变频器的驱动能力、功能 和安全性要求高。 1.3 变频器概况 目前应用的绝大多数变频器是交—直—交、电 容滤波电压型、SPWM 调制方式的低压通用变频 器。这类变频器常使用的控制方式有 3 种： U/f 控制方式：就是通过调节变频器输出侧电 压和频率的比值（U/ f ）来改变电动机在调速过程 中机械特性的控制方式。这种控制方式最简单，是 变频器最基本的控制方式，常用于风机、泵类等流 体机械负载。 矢量控制方式（简称 VC）：这种控制方式仿 照直流电动机的调速特点，将定子电流含有的励磁 和转矩两个矢量分离，分别进行控制，使异步电动 机的转速也能通过控制两个互相垂直的直流磁场来 进行调节。 直接转矩控制方式（简称 DTC）：是指逆变器 的通断直接控制电机的两个关键变量，磁通和转矩 控制方式。每一次通断都是单独的由磁通和转矩的 值决定的，而不是象 PWM 矢量控制那样根据预先 确定的矩阵来完成功率元件的通断控制。 1 翻车机与变频器简介 1.1 翻车机概况 翻车机是发电厂、钢厂、港口等企业的铁路货 车实现高效散料卸车的大型设备。焦作电厂#1 翻 车机属于固定转子式翻车机，1985 年安装投运， 是为该电厂二、三期 4 台 220 MW 发电机组配套 的铁路货车卸煤设备。该翻车机最大载重 100 t， 翻卸车辆每小时 30 辆，最大回转角度 175°，翻车 机倾翻由两台绕线式电机工频驱动，电机功率为 55 kW。 翻车机系统主要包括 4 个部分：翻车机本体、 重牛、迁车台、空牛。改造前翻车机系统不能调 速，旋转可控性差，撞击力大、振动大，难以准确 对位，系统故障率较高，容易发生飞车、出轨等严 重事故，对翻车机刚结构冲击变形较大，影响着系 统的设备寿命，甚至对货车车箱造成损失，不符合 铁路部门要求。因此决定对＃ 1 翻车机系统进行全 方位的改造，包括机械部分、液压部分、电气和控 制部分。控制部分包括翻车机变频和 PLC 程控的 改造。由于翻车机本体的重要性和复杂性，翻车机 本体的变频改造是整个系统改造的重点。 1.2 翻车机负载特点 不同于普通风机、泵类等二次方转矩负载，翻 收稿日期：2007-08-01. 电 力 科 学 与 工 程642007 电 力 科 学 与 工 程 64 2007 年 矢量控制的稳态特性优于直接转矩控制，直接 转矩控制的动态特性优于矢量控制，两者差别不 大，都属于高性能的控制方式。 3 系统主电路设计 3.1 断路器 安装在变频器输入侧，主要为隔离作用，并具 一定的保护作用。 3.2 接触器 安装在断路器和变频器之间，用于自动控制变 频器电源。变频器不宜频繁开关，不能用变频器送 电、断电来控制电机的启动/停机。 3.3 输入交流电抗器 能够使输入电流连续，提高功率因数，削弱来 自电网的冲击，抑制输入电压畸变干扰，降低输入 三相不平衡的危害，同时能抑制谐波对电网的干扰。 3.4 制动单元和制动电阻器 将翻车机运转中产生的再生电能转换为热能。 由于翻车机翻转中产生的能量很大，为了保证系统 的安全，制动单元和制动电阻应有足够的功率和充 分的散热。 3.5 变频机柜 整个变频系统共设置四面机柜。包括一面配电 柜，两面变频柜和一面制动电阻柜。另外，翻车机 PLC 控制系统有两面机柜，用于对翻车机及变频 器进行程序控制。 变频方案选择 2 翻车机由两台电机同时驱动，两台电机的运动 机构属同轴完全机械硬连接（又称刚性连接）。从 双电机的同步方式考虑，变频调速改造有两种工作 方式可选： （1）一拖二的方式，即一台变频器同时拖动两 台电机。 （2）两台变频器分别驱动两台电机的方式。 本次改造最终选择了第二种方案，采用两台变 频器分别控制。原因分析如下：对于一台变频器拖 动多台电机，一台变频器虽然可以记忆多套参数， 但无法同时运行多套参数，不能进行矢量控制，只