ABB 提升型變頻器在大型起重機中的應用研究

李毅

（寶鋼股份武鋼有限煉鋼廠，湖北 武漢 430083）

當今變頻器產業得到飛速發展，目前已經可以應用于大型起重機的大功率提升電機，使得電機可以在零速低電壓啟動，能最大效率地使用電能，并按照實際需要進行光滑的調速，減少機械振動、磨損，提高機械部件和電機的壽命。將ABB 提升型數字變頻器應用于武鋼有限煉鋼廠450t 吊車起升機構，可以實現電機的高效平穩運行，確保設備安全穩定運行。

1 ABB 提升型變頻器傳動系統構成及工作原理

1.1 變頻器傳動系統主動力電路構成

變頻器傳動系統主動力電路主要由以下三部分構成：ABB提升型變頻器、變頻電機及制動電阻器，圖1 中電氣部件1、2、3、4 均屬于變頻器內部元器件。

圖1 變頻器傳動系統主動力電路

1.2 變頻器傳動系統主動力電路工作原理

傳動系統動力電源接入變頻器后，經過整流單元，將三相交流電壓轉為直流電壓，變頻器電容組起到穩定中間回路直流電壓的作用。IGBT 逆變器在外部控制信號及變頻器內部控制邏輯命令下，將直流電壓轉換成需要的交流電壓來控制電機的運行。當電機處于減速停機過程中時，直流電壓將升高，當直流電壓升高到限定值時，制動斬波器開始工作，釋放制動時電機側反饋到中間直流母線的多余電能，并通過與變頻器連接的外部制動電阻器將電能轉化為熱能消耗掉，保護主動力電路。

1.3 變頻器傳動系統控制回路組成

控制回路主要由PLC、變頻器外部I/O 控制模塊及中間繼電器組成。變頻器通過數字量信號進行控制，因RMIO 控制模塊數字輸入點數量不足，因此，需要用到RDIO-01 擴展數字模塊，控制方案如圖2 所示。

圖2 變頻器傳動系統控制方案

1.4 變頻器傳動系統控制回路工作原理

（1）起動條件。變頻器上電后，無故障報警時，變頻器輸出“裝置故障（取反）”信號，通過中繼將該信號傳給PLC。變頻器無故障且檢測DC 母線電壓正常時，變頻器輸出“裝置準備好”信號，通過中繼將該信號傳給PLC。

PLC 程序判斷控制器的零位信號、動力及操作電源開關信號、電機的過熱及超速等保護裝置信號、變頻器“裝置準備好”及“裝置故障（取反）”信號均正常時，程序輸出“起動使能”信號，該PLC 輸出點在程序內將控制器零位條件自鎖，同時控制“起動使能”中繼吸合，通過中繼將該信號傳入變頻器控制模塊，此時，變頻器滿足起動條件。

（2）運行原理。變頻器滿足起動條件后，當控制器推到上升或下降檔位時，PLC 程序控制“上升”或“下降”中繼吸合，通過中繼將方向信號傳給變頻器。此時，“上升”及“下降”信號即為主令一檔速度。當控制器推出到二檔、三擋及四檔時，PLC 程序依次控制“主令二檔”“主令三檔”“主令四檔”中繼吸合，通過中繼將信號傳給變頻器。

變頻器根據接收到的“起動使能”信號、方向信號及檔位信號的邏輯，按設定參數條件控制電機運行，同時輸出“制動器打開”信號給PLC，控制電機的機械制動器打開。PLC 采集到機械制動器的打開極限信號后，通過程序輸出“制動器打開信號檢測”信號，控制該中繼吸合，將該檢測信號反饋回變頻器，確保正常安全運行。

當起升機構碰到安全預極限位后，PLC 只能輸出“上升”或“下降”信號到變頻器，封鎖“主令二檔”、“主令三檔”及“主令四檔”信號，電機只能以一檔的速度慢速運行。當起升機構碰到安全停止極限位后，PLC 封鎖方向信號，使變頻器控制電機停止運行。

（3）停機原理。控制器回到零位后，PLC 程序控制“零位”中繼吸合，方向信號及檔位信號中繼均釋放。變頻器控制電機減速制動，同時檢測電機轉速，當電機轉速接近相對零速時，關閉“制動器打開”信號，通過PLC 控制電機的機械制動器閉合。

當變頻器運行中發生故障報警或DC 母線電壓不正常時，變頻器關閉“裝置故障（取反）”或“裝置準備好”信號，PLC程序封鎖“起動使能”信號及方向信號、檔位信號，變頻器以控制機械制動器閉合的快速停車方式，使電機停止運行。

2 ABB 提升型變頻器關鍵參數設置

2.1 起動數據參數

起動數據主要包括電機的額定電壓、額定電流、額定轉速等信息，根據電機銘牌設置完畢后要進行電機辨識。為安全起見，做電機辨識時，應脫開負載進行。

2.2 驅動功能相關參數

（1）啟動/停車設定。要注意的是，啟動特性選擇和預勵磁時間兩項參數，啟動特性選擇參數不改動，仍然保持系統默認設置，即設為恒定勵磁模式。預勵磁時間參數指的是在恒定勵磁模式下定義的勵磁時間，應用中設置為500ms。

（2）速度控制。其中包括速度控制的增益、積分時間、微分時間及實際速度的濾波時間等，這些參數基本保持其系統默認典型值。

（3）機械制動控制。應用中將指示ZERO SREED 的電機轉速值設為20%，ZERO SREED 置“1”前的延時時間設為200ms，以達到使電機接近相對零速抱閘的目的。應用中ZERO SREED 指示值不能設為0 或較低的值，否則，會導致制動命令無法閉合。

2.3 控制端口定義

（1）數字輸入端口定義。變頻器外部I/O 控制模塊的DI數字輸入接口的實際輸入信號定義為：DI1 為制動器應答，接入“制動器打開信號檢測”中繼信號；DI2 為零位輸入，接入“零位”中繼信號；DI3 為A 方向啟動，接入“上升”中繼信號；DI4 為B 方向啟動，接入“下降”中繼信號；DI_IL 為故障復位，接入“復位”中繼信號；擴展模塊EXT DI1.1 為急停（取反），接入“起動使能”信號；EXT DI2.1 為速度分級給定2，接入“主令二檔”中繼信號；EXT DI2.2 為速度分級給定3，接入“主令三檔”中繼信號；EXT DI2.3 為速度分級給定4，接入“主令四檔”中繼信號。

（2）數字輸出端口定義。變頻器外部I/O 板共有3 個數字輸出接口，應用中定義為：第一個輸出RO1 用于控制“制動器打開”繼電器；第二個輸出RO2 用于控制“裝置準備好”繼電器；第三個輸出RO3 用于控制“裝置故障（取反）”繼電器。

2.4 保護功能參數

（1）制動斬波器。應用中，需要激活制動斬波器的控制及制動電阻的過載保護功能，使電機在制動過程中反饋到直流母線的電能被電阻吸收，防止燒損主回路。同時，制動斬波器的控制模式要設定為當直流電壓超過制動極限電壓的時候，制動斬波器才允許工作。

（2）故障功能。主要將通信中斷、電機過熱和過載、電機缺相及接地故障等情況下的相應參數設置為故障跳閘（FAULT），以起到保護作用。

3 結語

將ABB 公司ACC 800 提升型變頻器應用到450t 鑄造橋式起重機的提升系統后，大大簡化了其他的配套設備，應用以來保持著長時間連續運行低故障的工作狀態。同時，由于變頻器對電機的功率優化控制，使得系統運行效率很高，在節能降耗方面有積極的作用。