IC693PWR330

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（4）数字技术的应用 　　 随着计算机技术突飞猛进的发展，16位乃至32位微处理机的应用越来越普及，且由于微处理机的运算速度提高、价格下降等新因素的出现，在电气传动中控制系统硬件由模拟技术转向数字技术，全部采用数字控制，充分发挥微机控制的综合优点。数字调速技术不仅使传动系统获得、高可靠性、还为新的控制理论与方法提供了物质基础。微型计算机在性能、速度、价格、体积等方面的不断发展与交流电动机调速理论的现实化提供了重要的保证。 　　 从发展趋势看，交流数字调速有以下两个发展方向：一是采用的硬件、大规模集成电路（IC）；硬件可以降低设备的投资，提高装置的可靠性。研制交流调速系统的IC芯片，可使控制系统硬件小型化、简单化。二是采用通用计算机硬件、软件模块化，可编程化，通用硬件可编程序控制，应用范围广，但价高造。从国际上采用数字调速的情况来看，前者一般多用于中小容量的标准系列产品，后者多用于大型工程大容量的传动系统。1.4 交流变频调速在起重机上的应用 　　 绝大多数起重机要求在不同的场合，用不同的速度进行工作，其目的在于使起重机在各种合理的速度下有效地工作，以提高生产率和确保生产。这种调速过程需在运行过程中进行，而且变换次数较多，因而机械变速一般不合适，大多数情况下需采用电气调速。起重机电气调速系统分为两大类，即直流调速系统和交流调速系统，如前所述，直流调速方案因为直流电动机结构复杂，制造成本高，维护不便等诸多缺点，虽然目前在大型起重机上仍在使用，但正有逐步被交流调速方案所替代的趋势。目前在起重机上采用的交流调速方案主要有：绕线式异步电动机转子串电阻调速；能耗制动下降调速；涡流制动器调速，定子调压调速，串级调速及变频调速等。表1—1比较了这几种主要的起重机交流调速方案的优缺点并指出了各自的应用场合。 　　 从表1—1中可以看出，交流变频调速和其它起重机调速方案相比，具有明显的优点。首先，起重机整体性能会有很大的提高，具有速度可在整个调速范围内连续控制，开、闭环特性好，调速比可达1：100以上，调速精度±1%，调速平稳，负载突然变化时有的动态响应，可以长时间低速运行，使其具有的定位精度，节能效果显著，简化了电控系统，省去了电动机转子侧的大功率电阻、切换交流接触器和电动机正反转交流接触器，再加之系统传动所用变频电机属鼠笼式异步电动机类、成本相对低廉，维修少，因此变频调速是起重机理想的交流调速方案，具有同直流传动一样的调速性能，性能价格比高。但在国内，交流变频调速在起重机特别是大吨位起重机上的应用还刚起步，原因是作为起重机核心机构的起升机构其位能性负载特性和使用性的需求使一般通用变频器在性能上不能满足要求。低频时能否达到恒转矩输出；空中是否溜钩等问题一直是起重机起升机构使用变频调速的难点，还有起升机构重载下放时其再生制动能量是消耗在制动电阻上还是回馈回电网，这些一直都给起重机使用全变频调速控制系统带来困惑。近年来，矢量控制变频器的出现给起重机能否使用变频调速技术带来了生机，国外、国内各大专业电气公司也都在致力于这方面的开发和研究，因此，怎样使矢量控制变频调速技术用于起重机电气传动，实现四象限运行，保证起升机构各种工况要求和良好的低速就位性能，对推动港口机械电气控制与调速系统的更新换代，具有非常实用的意义。 　　 　　表1-1 起重机常用交流调速方案 　　调 速方 案 调速范围 低速运行时的效率 特 点 适用负载 驱动机构 　　转子串电阻调速 1：3 低 1.线路简单、成本低、易维修2.调速性能差，无低速下降3.不能长期低速运行。 位能反抗 起升运行 　　能耗制动调速 1：3~1：5 低 1.同上2.重载下降能获得低速，上升无低速3.直流电源因电机而异，无法标准 位能 起升 　　涡流制动器调速 1：10 低 1.同上2.速度有低速，但不能长时间低速运行3.加大了系统GD2 位能反抗 起升运行 　　定子调压调速 1：10 低 1.线路复杂、成本高2.若采用闭环控制能得到稳定低速且调速范围 较大，能无级调速 位能反抗 起升运行 　　串极调速 1：10~1：30 高 1.同上2.适用于长期低速运行，重物下降时再生能量 能收回，调速范围较大，能无级调速 位能反抗 起升运行 　　变极调速 1：2~1：4 高 1.一般采用鼠笼式异步电机，只能适用于小容量起重机上2.有极调速，调速范围小 位能反抗 起升运行 　　变频调速 1：100 高 1.速度可在整个调速范围内连续控制2.有恒转矩性能，基频以上恒功率调速3.性能优，但需变频装置，成本高 位能反抗 起升运行 　　 　　2．变频调速系统 　　 　　 　　前已提到异步电动机的转速公式为： 　　 　　n= 60?1 (1-s) (2-1) 　　 pn 　　 　　式中s —异步电动机的转差率，s=(no-n)/no。其中no为同步转速。改变异步电动机的供电频率，可以改变其同步转速，实现调速运行。 　　 对异步电动机进行调速控制时，通常要考虑的一个重要因素是，希望电动机的主磁通保持额定值不变。磁通太弱，铁心利用不充分，同样的转子电流下，电磁转矩小，电动机的负载能力下降；磁能太强，则处于过励磁状态，使励磁电流过大，这就限制了定子电流的负载分量，负载能力也要下降。对于直流电机，励磁系统是独立的，只要对电枢反应的补偿合适，保护фm不变是很容易做到的。在交流异步电机中，气隙磁通（主磁通）是定子和转子磁动势合成产生的，怎样才能保护磁通恒定呢？下面说明之。 　　由电机理论知道，三相异步电动机定子每相电动势的有效值是 　　 Eg=4.44?1N1фm （2-2） 　　式中Eg—气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值（V）； 　　 f1—定子频率（Hz）； 　　N1—定子每相绕组串联匝数； 　　фm—每极磁通量（Wb）。 　　 由式（2-2）可见，фm的值是由Eg和f1共同决定，对Eg和f1进行适当的控制，就可以使气隙磁通фm保持额定值不变，达到控制фm的目的。对此，需要考虑基频（额定频率）以下和基频以上两种情况。 　　（1） 基频以下调速，为了保持电动机的负载能力，应保持气隙磁通фm不变，这就要求频率f1从额定值向下调节时，同时降Eg使 　　Eg =常数 　　? 　　即保持电动势与频率之比常数进行控制。这种控制又称为恒磁通变频调速，属于恒转矩调速方式。 　　但是，Eg难于直接检测和直接控制。（当Eg和f1的值较高时，定子的漏阻抗压降相对比较小，如忽略不计，则可近似地保持定子相电压U1和频率f1的比值为常数，即认为U1= Eg，保持U1/ f1=常数即可）。这就是恒压频比控制方式，是近似的恒磁通控制。 　　低频时，U1和Eg都较小，定子漏阻抗压降（主要是定子电阻压降）不能在忽略。这种情况下，可以人为地适当提高定子电压以补偿定子电阻压降的影响，使气隙磁通基本保持不变。如图2-1所示，其中I为U1/ f1=C时电压，频率关系，II为有电压补偿时（近似的Eg/ f1=c）的电压，频率关系。 　　 　　图2-1 恒压频比控制特性 　　 （2）基频以上调速 　　在基频以上调速时，频率可以从f1N往上增上，但电压U1却不能超过额定电压UN，多只能保持U1=U1N。由式2-2可知，这必然会使主磁通фm随着f1的上升而减小，相当于直流电动机弱磁升速的情况，属于近似的恒功率调速方式。 　　把基频以下和基频以上两种情况结合起来，可得图2-2所示的异步电机变压变频调速控制特性，即异步电机变频调速的基本控制方式 　　图2-2 异步电机变压变频调速控制特性 　　 　　根据电机学原理，在下述假定条件下：①忽略空间和时间谐波；②忽略磁饱和；③忽略铁损。异步电机在正弦波恒压恒频供电下的机械特性方程式,由下式表示： 　　 (2-3) 　　各参数定义如下： 　　R1、R2’——定子每相电阻和折合到定子侧的转子每相电阻； 　　L11+L12’——定子每相漏感和折合到定子侧的转子每相漏感； 　　U1、ω1 ——定子相电压和供电角频率； 　　s ——转差率； 　　pn ——极对数。 　　当s很小时，可忽略上式分母中含s的各项，则 　　 　　 (2-4) 　　 　　即s很小时，转矩近似与s成正比，机械特性Te=f（s）是一段直线，如图2-3所示。 　　当s接近于1时，可忽略式（2-3）分母中的R2’，则 　　 (2-5) 　　图2-3 恒压恒频异步电机的机械特性 　　 　　即s接近于1时转矩近似与s成反比，这时，Te=f（s）是对称于原点的一段双曲线。当s为以上两段的中间数值时，机械特性以直线段逐渐过渡到双曲线段。 　　基于式（2-3），我们来推导一下异步电机变频调速的机械特性，分基频以下和基频以上两种情况。 　门座起重机多电机传动系统 　　 结论： 　　变频调速技术在港口起重机电气传动上的应用具有以下特点: 　　(1) 变频系统与直流传动方案相比, 可以不用制造复杂、价格昂贵、维护麻烦的直流电动机, 而选用方便, 节能, 经济的交流电动机. 　　(2) 变频系统与常规电气控制方案相比, 省去了电动机转子侧的大功率电阻、加速接触器和电动机正反转交流接触器. 　　(3) 电机加减速时间可调整，可实现系统的软启动，软停止，速度变化平滑，运行平稳，低速性能稳定. 　　(4) 能满足起升机构对调速硬度、低频转矩特性及四象限运行的要求;可以长时期低速运行;能有效的防止重载空中溜钩现象. 　　(5) 采用矢量控制闭环方式，0Hz时起升电机也能以额定转矩输出. 实现零速抱闸，可以全速受控，减少抱闸闭合时的振动及抱闸磨损. 　　(6) 无需采用机械变速装置，利用变频调速50Hz以上恒功率调速方式即可将空钩及轻载工况的起升速度提高一倍，类似于直流电机的弱磁升速方式，可大大提高生产率. 　　(7) 配用PLC后，控制柜体积大为减少，元件少，若和变频器之间采用通信方式，则无需使用PLC I/O接口及变频器输入端子. 　　7, 负载的类型及运行特点(变频器出现后的恒功率) 　　生产机械运行时常用转矩表示其负载的大小。在电力拖动系统中，存在着两个主要转矩，一个是生产机械的负载转矩 ，一个是电动机的电磁转矩 。这两个转矩与转速之间的关系分别叫做负载的机械特性 和电动机的机械特性 。由于电动机和生产机械是紧密相连的，它们的机械特性适当配合，才能得到良好的工作状态。因此为了满足生产工艺过程的要求，正确选配电力拖动系统，除了研究电动机的机械特性外，还需要了解负载的机械特性。 　　1，1负载的机械特性 　　生产机械的负载转矩 ，大部分情况下与电动机的电磁转矩 方向相反。不同负载的机械特性是不一样的，可以将其归纳以下几种类型。

MM-PMT24T0C

MM-PMT24TSC

NW-0278-000

NW-BM85-000

NW-BM85000C

NW-BM85C002

NW-BM85C002C

NW-BM85D002

NW-BM85D008

NW-BM85E232

NW-BM85E485

NW-BM85S232

NW-BM85S485

NW-BM85Y422

NW-BP85-000

NW-BP85-002

NW-BP85D002

NW-FR85D200

NW-FR89D200

NW-RR85-000

NW-RR85-001

P1-984A-116

P1-984A-132

P1-984A-816

P1-984A-832

P1-984A-916

P1-984A-932

P1-984B-128

P1-984B-132

P1-984B-164

P1-984B-196

P1-984B-828

P1-984B-832

P1-984B-864

P1-984B-896

P1-984B-928

P1-984B-932

P1-984B-964

P1-984B-996

P1-984X-008

P1-984X-108

P2-984A-116

P2-984A-132

P2-984A-816

P2-984A-832

P2-984A-916

P2-984A-932

P2-984B-128

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P2-984B-164

P2-984B-196

P2-984B-828

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AEG PC-E984-255