变频器在某舰用库内转运装置控制系统改进中的应用

王炎龙

【摘 要】本文从库内转运装置在实际使用中存在的问题进行分析，分别介绍了转运装置改进前的控制系统和采用变频器的控制系统，分析了两者的工作原理和调速方式，采用變频器的控制方式很好的解决了实际中的问题，实现了转运装置的有级调速向无级调速的转变，提高了库内转运效率。

【关键词】双绕组双速电机；接触器；变频器；调速

中图分类号： TD63 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）23-0011-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.23.003

【Abstract】This paper analyzes the problems existing in the practical use of the rolls transfer device， The improved control system and the control system with frequency converter are introduced respectively， The working principle and speed regulation mode of the two are analyzed， The control of the frequency converter works well to solve the problems in practice， It realize that transition of step speed regulation to stepless speed regulation of transfer device， Increase that transport efficiency in the reservoir.

【Key words】Double wiring double speed motor；Contactor；Transducer；Speed governing

0 引言

某型舰用库内转运装置主要用来控制车架机构沿前后方向、左右方向和升降方向运动，以此来完成对舱内物品的转移和堆放，是舰上舱内物资转运的重要组成部分。在实际使用中驱动电机采用双绕组双速电机，使用时需要哪种转速将相应的绕组接入电源以满足不同情况下的使用需求。在实际使用中发现大车架沿前后方向直接以高速启动时由于大车架机械结构自身惯性较大特别是在带载状态下，导致大车架在启动时刻和停止时刻晃动较为严重，给实际操作带来不便，影响舱内物品的转移效率。随着现代大功率电子技术的发展， 交流电机调速用的变频器的性能日新月异， 调速范围宽、调速精度高、动态响应快、功率因数高、操作方便且便于同其他设备接口等一系列优点，使变频器的应用越来越广泛[1]。因此在改进设计方案中引入变频器控制方式，实现了转运装置从有级调速向无级调速的转变，实际使用中很好的解决了电机高速启动或停止瞬间带来的大车架机械结构晃动严重的问题，提升了库内物品转运的效率。

1 原调速系统控制方式

1.1 双速电机调速原理

异步电动机的转速表达式为：

N1=N2×（1-s）=60f/p×（1-s）（1）

N2=60f/p（2）

式中：N2为电机的同步转速；N1为电机的实际转速；s为电机的转差率，反应异步电机的实际转速与旋转磁场转速的差异；f为电源频率；p为电动机绕组极对数。

从（1）式和（2）式中可知，当电源频率f不变时，改变电机绕组极对数p，可以改变电机的同步转速，从而改变电机的转速。双绕组双速电机就是利用这个原理在电机定子槽内嵌入两套定子绕组，两组绕组各自独立具有不同的极对数，通常为4/12、4/16、4/24等变极方式，采用改变极对数的方式进行调速需要定子绕组的极对数能够依据外部接线的改变而改变[2]。由于电机的极对数的改变是一个跳变的过程，因此在电机转速曲线上将有一个台阶变化，不能实现平滑的无级调速。

1.2 双速电机调速控制系统

系统采用三台4/12极的双绕组双速电机，分别控制前后、左右、上下三个方向上的运动，接线方式采用△/YY型连接方式，低速时接成△型方式，高速时接成YY型方式，采用通电延时时间继电器实现电机低速向高速的自动切换[3]。

手持控制器通过按钮的闭合和断开来控制与其串联的继电器线圈的得电和失电，继电器的辅助触点与相应接触器主线圈串联，继电器辅助触点的闭合和断开控制接触器线圈的得电和失电，接触器主触点串联至电机前级，接触器主触点的闭合和断开决定电机的转动和停止。在控制回路中引入通电延时时间继电器以实现电机低速向高速的自动切换，时间继电器触点和控制电机运转的接触器主线圈串联，通过设置时间继电器通断延时的时间，使电机先工作在低速状态，延时时间一到，将电机由低速状态切换到高速状态。三个方向运动方式相同，以大车架运动为例，具体电路图见图4和图5。

大车架低速运行：按下按钮SB2的前进方向按键，正转方向继电器K2线圈得电，线圈得电后其常开触点1和3闭合，与其串联的正转方向接触器KM1主线圈得电，主线圈得电后其主触点和辅助常开触点13和14闭合，与其常开辅助触点串联的低速接触器KM4主线圈得电，KM4主线圈得电后其主触点闭合，此时电机以低速正向方式运转，松开按钮后电机停止运转，按下SB2后退方向按钮时电机以低速反向方式运转。

大车架高速运行：手持控制器旋钮SB1按下选择高速运行，速度选择中继器K1线圈得电，按下SB2前进方向按钮，正转方向中继器K2线圈得电，线圈得电后其常开触点1和3闭合，与其串联的正转方向接触器KM1主线圈得电，主线圈得电后其主触点和辅助常开触点13和14闭合，与其常开辅助触点串联的通电延时时间继电器KT1线圈得电，通电延时时间继电器KT1常开触点25和28先闭合t秒（数值可调）再断开，在这闭合t秒内与其串联的低速接触器KM4主线圈得电，KM4主线圈得电后其主触点闭合，此时电机以低速正向方式运转，t秒后继电器KT1常开触点25和28断开，低速接触器KM4主线圈失电，继电器KT1常闭触点15和18由断开变为闭合，与其串联的高速接触器KM3主线圈得电，KM3主线圈得电后其主触点闭合，此时电机以高速正向方式运转，完成电机由低速到高速的自动切换，松开按钮后电机停止运转，按下SB2后退方向按钮时电机以相同方式反向运转。

大车架高速运行时利用通电延时时间继电器实现了电机从低速向高速的自动切换，避免了电机直接由零速启动到高速状态，而是先由零速启动到低速状态，再由低速切换到高速，一定程度上减少了大车架直接高速启动带来的冲击和晃动。但是仍然不能避免电机启动或者停止以及低速运行过程中速度切换带来的大车架的剧烈冲击和严重晃动。电机高速运行速度曲线如图3所示。同时由电路原理图可以看出为了实现信号的传递和电机动作的执行采用了大量的继电器和接触器，继电器和接触器在使用中频繁的吸合断开，容易造成线圈的烧毁和触点的烧结，给后续的使用和故障的排查带来一定的麻烦。

2 基于变频器的控制方式

变频器能实现对交流异步电机的软起动、无级调速、提高运转精度、改变功率因数、节能、具有过流/过压/过载保护等功能，使得变频器在实际中的应用越来越广泛[4]。

根据实际应用场所和工作环境的情况，改进的控制系统中直接使用开关量作为变频器的输入信号，控制形式简单，系统采用SEW的MDX60/61B型变频器，大/小车平移机构由于其惯量较大，负载变化相对较小，基本上属于阻力性负载，采用VFC的控制模式，在变频器内部通过参数设置，确定转运装置的加减速曲线、加减速时间、运行速度、过流过载保护等功能，升降装置仍采用原双速电机控制方式。

系统通过高电平开关量的控制向变频器外部端子输入指令信号，变频器中央处理器根据输入的指令信号对其进行分析处理，然后按照设定的参数对电机进行正反转、调速和启动停止的控制，以大车架运动为例，电路原理图如图4所示。当继电器K1和K2常开触点闭合时，电机正转；当继电器K1和K3常开触点闭合时，电机反转；继电器K4常闭触点闭合时电机工作在预先设定的速度n11上，继电器K4常开触点闭合时电机工作在预先设定的速度n21上；上述继电器触点的控制同图2中的控制方式，继电器线圈与手持控制器按钮串联，通过按钮的按下与断开使线圈得电或者失电，从而控制继电器触点的开启和闭合。

变频器的参数一般分为十个功能组，有几百个参数，但是九成左右都是出厂时设置好的，实际应用时一般修改的参数不超过10%。在速度控制上系统采用直线加减速的控制方式，通过设定加速时间和减速时间来改变速度曲线，加减速时间根据实际负载适时调整，否则容易引起加速过流和过压或者减速过流和过压，加减速时间设定范围为0～2000s，电机速度运行曲线见图5，由图可以看出电机启动后沿均匀的加速度加速到指定速度，且加速时间可以根据实际情况随时调整，减速阶段与加速阶段类似。由于电机采用VFC的工作方式，因此可以通过使用DBG60B面板对变频器进行调试和参数设定，使用时将DBG60B面板插入变频器XT端子槽中，操作简单便于携带，DBG60B面板如图6所示。

3 总结

采用变频器的转运装置控制系统，在实际运行中情况良好，大车架高速启动或停止带来的晃动严重问题得到了很好的解决，系统启动和制动过程快速平稳，提高了转运效率，变频器控制电路实现简单，采用DBG60B面板进行调试操作方便，避免了采用大量行程开关与接触器、继电器组成的复杂电路的连接，而且还可以通过变频器参数设置多种保护功能，变频器提供故障代码显示功能，使得故障信息的诊断和维修变得十分容易。

【参考文献】

[1]杨柏.变频器在電机启动与调速中的应用分析. 湖南广播电视大学学报，2005（1）：95-97.

[2]杨鑫，陈鹏，李阳.双速电机变频改造及应用. 变频器世界，2015（8）：65-67.

[3]张琨英.双速交流异步电动机自动变速控制电路的改造.科技信息：学术版，2008（24）：410+412.

[4]刘福禄.我国变频器市场发展趋势预测分析. 重庆工贸职业技术学院学报，2012（4）：28-30.