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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
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