变频调速在船闸电气控制系统中的合理应用

顾小文

摘 要：通过变频调速在船闸电气控制系统中的应用，能够促进船闸控制的整体质量，保证航运通行的效果。变频调速系统和逻辑控制器在航运电气控制系统中的有效应用，能够提高电气线路各个装置的灵敏程度，有效减少故障几率，且为检修工作带来便捷。通过实践证明，电气控制系统运用的变频调速和逻辑控制器，能够极大的提高整机作业的性能，并且延长电动机的使用寿命提高整体的安全系数。

关键词：变频调速；船闸电气控制系统；应用分析

中图分类号：U641 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）34-0170-02

Abstract： The application of variable frequency speed regulation in the shiplock electrical control system can promote the overall quality of shiplock control and ensure the effect of shipping passage. The effective application of variable frequency speed regulation system and logic controller in shipping electrical control system can improve the sensitivity of electrical circuit devices， thus effectively reducing the probability of failure， and bring convenience to the maintenance work. It is proved by practice that the frequency conversion speed regulation and logic controller used in the electric control system can greatly improve the performance of the whole machine and extend the service life of the motor and improve the overall safety factor.

Keywords： variable frequency speed regulation； shiplock electric control system； application analysis

由于我国河流众多，航运在交通运输中占据重要的地位。航运具有运量大、能源消耗低、环境污染小的优点，对社会经济发展具有非常重要的促进作用。为了提高船舶通行的能力，必须要积极加强电气控制系统，通过运用变频调速技术，能够保证船闸控制的整体质量。

1 变频调速系统概述及原理

随着计算机技术、机电控制技术的快速发展与应用，促进船闸电气自动化的快速发展，尤其是内河航运呈现出专业化、大型化、自动化的方向发展，利用变频调速系统的无极、无触点、可频繁启动、功率因数大的优点，能够促进船闸通航的整体质量不断提高。

变频调速器大多数主要以可编程控制器作为核心，利用液压传动以及机械传动等不同的变频调速方式，变频调速系统包括变频器控制系统、传动系统以及电磁抱闸系统。变频调速的主要原理是，当电机在启动时，电网中的50Hz交变频率电流会通过变频调整来减少电机旋转磁场转速之差，保证电机旋转接近或者同步速插，促进转子的扭距不断提高，随着变频器的频率逐渐提升，直至到50Hz左右，实现平稳启动的效果。交流变频调速可以起到平稳制动的功能，缓和机械的冲击，有利于提高调速系统的可靠性与安全性，保证调速系统节能效果。

2 变频调速系统的构成

2.1 可编程控制器

可编程控制器作为计算机技术与继电器逻辑控制系统结合的产物，能够针对各种复杂的控制任务进行自动调控，可编程控制器具有非常多的优点，首先它能够具有良好的可靠性，在航运工作环境中得到充分的适应，不仅能够实现自我诊断，还能够针对故障进行自动维护，并且可编程控制器还能够在高温冲击粉尘等恶劣条件下进行工作；可编程控制器并不需要各种特殊的机房或者严格的屏蔽保障，在使用时只需要正確的安装就能够快速运行，在各个模块上均装有故障指示装置，如果模块出现故障，则可以自动显示故障；还有大多数的模块都可以进行带电插拔、自由更换，在最大程度上减少故障停机的时间，快速恢复运转。除此之外，可编程控制器还具有功能强、价格低的优势，不仅其质量和功能不断提升，体积一直降低，而且使用的寿命得到不断延长，所以可编程控制器在变速调控系统中具有非常重要的作用。

2.2 人机交互界面

人机交互界面则能够观察船闸控制的主要状态，及时的发布指令，通过与可编程控制器和数据信息进行交换，完成上位机组态软件的控制效果，通过可编程软件数据信息交换能够让各项数据更加直观清晰的展现出来，一旦发现异常情况能够及时的发出信号警告。

变频器是变频调速系统的主要设备，必须加强对变频器的功率、型号进行分析，保证变频器与电机相匹配，控制系统包括可编程控制器、人机交互界面、检测装置等。可编程控制器主要的功能就是收集船闸在运行过程中产生的各项数据，对数据信息进行收集与整理，对电磁抱闸保护动作进行状态监控。传动系统能够对船闸变频调速，通过改变传动系统的方式来控制船闸状态。由于船闸使用的动力系统不同，导致传动系统有液压传动与电机传动两种不同类型。液压传动包括油缸活塞杆、油泵、电机等构件，所以在液压传动系统中电机转速与泵流量和电流频率之间具有正比关系，通过变频器对电流的频率进行调节就能够及时的对液压系统的流量进行控制，达到调速变频的效果。

2.3 电动传动系统

电机传动系统包括电机、变速齿轮以及齿条。当变频器在改变输出频率之后，电机转速改变，主轴输出转矩也会发生变化，经变速齿轮与齿条传递到负载上后，也能够对船闸进行合理调控。

3 变频调速在船闸电气控制系统中的应用

3.1 恰当选择变频器

由于船闸控制系统中闸门电机主要功率在15kW左右，转速分为高、中、低三档，通过不同交流变频器驱动在引入变频器之后，确保控制系统在闸门启动时能够抱闸装置打开，避免出现溜车的问题，闸门电机与电磁抱闸控制系统来配合实现闸门启停工作。在应用变频器的过程中，必须要保证变频器与船闸适应性。由于在该船中船闸属于提升式负载，变频器的容量应该提升一个档次，18.5kW为佳。

3.2 科学设定运转参数

在对闸门电机高、中、低三档运行转速调节时，必须要设定具体的运行参数，这样才能够保证频率与转速一一对应。

感应式交流电机的旋转速度取决于电机的极数和频率，由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的，由于该极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以频率能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。以控制频率为目的的变频器是作为电机调速设备的优选设备。

3.3 闸门电磁抱闸设计

在变频器启动之后如果电机出现预定的电流，则输出信号能够打开电磁抱闸。通过内部控制器，抱闸功能在电流频率达到设定值时通过输出信号对可编程控制器进行反馈，在可编程控制器反馈处理之后发出处理信号，将电磁抱闸关闭。

3.4 变频器的抗干扰设计

在开断设计时由于出现高次谐波很容易导致电压电流受到影响，产生畸变造成严重干扰，引发设备的误触动，必须要加强对于变频器的抗干扰设计，保证变频器控制的可靠性与安全性。在变频器抗干扰设计时要保证分开接地，将接地端子与动力地线直接连接，而控制装置则应该与控制地线连接，另外加强设备布置工作。由于电压波形会产生许多的谐波导致变频器的输出电流增大，造成电机绕组发热，产生振动、噪音等问题，加速绝缘老化，而且很容易引发电机故障。在安装变频器的过程中，必须要对变频器的距离进行控制，通过缩短与电机之间的配线长度，实现变频器与电机的直连，另外要加强布线控制，在船闸系统中有各种各样的电线，包括动力线、控制线、计算机线、仪表线等，如果没有合理规划布线，很容易导致各个线路之间出现信号干扰。在综合布线时，必须要对不同的线槽进行分开，避免电缆动力线与信号线相互交叉的问题，如果无法避免，则应该将两者隔开，保证足够的间距，减少信号被干扰的可能性。同时要尽可能的减少高次谐波，由于高次谐波对电机具有极大的破坏性。在应用变频器时必须要减少高次谐波的产生，通过在变频器中安装滤波器，可以快速的过滤高次谐波，另外还可以通过自带线路电抗器的方式来加强对于变频器的电流畸变控制，尽可能的减少，对主电源產生的信号干扰。

4 结束语

通过本文对变频调速在船闸电气控制系统中的应用分析，说明变频调速对电动机调速的具体应用效果，也能够提高船闸电气控制系统的整体运行质量，避免内部电机装置出现摩擦，保障电机的使用寿命。对于交流调速系统而言，交流电机的时间参数调整非常困难，在调速的过程中可以利用变频器自动功能的设定来实现时间参数的设定，能够保证变频器在短时间内运行无任何负载电机，并且实现快速测量电机参数的效果，可以更好的存入变频器内部，保证旋转变幅电机达到最佳的工作状态。

参考文献：

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