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正文

变频调速在水电站门式起重机中的应用研究

摘要: 针对变频调速在水电站门式起重机中的应用,阐述变频调速具备的优势,介绍变频器功能体现以及变频器与制动单元的应用,从这三个方面了解变频调速应用的方法,从而提高门式起重机运行稳定性与安全性。
关键词: 变频调速;水电站;门式起重机;高频干扰
       水电站运行过程中门式起重机起到重要作用,并且其本身也不断完善。水电站门式起重机也被称作闸门启闭机,其中包括坝顶门机、尾水门机。坝顶门机负责底孔工作闸门、深孔事故闸门与拦污栅等的起吊,而尾水门机则负责水轮机尾水口闸门起吊。以前应用的门机主起升机构采用绕线转子电动机串电阻达到起动制动的效果,该系统不能支持低速且长时间运行,停车准确性得不到保证。为此,建议在水电站门式起重机中应用变频调速。
1、变频调速应用优势
1.1 解决高频干扰问题
       应用变频调速,要保证噪声电流有相应的通道,更好的抑制高频干扰。如今,电力电子器件的应用领域逐渐扩大,变频器性能越来越完善,特别是输出波形、谐波组成与功率因素这些方面[1]。电磁环境下运行的装置可以通过自身保持稳定性,装置本身也会对其他装置造成电磁干扰。一般电磁干扰有高频干扰、低频干扰这两种类型,那么利用变频调速设计电磁系统,便要从这两点着手制定设计方案。
       第一,高频干扰。通过IGBT这一类电力电子器件,可以改变变频器的输出波形、谐波成分以及功率因数等。然而,快速半导体开关中也存在相应的问题,每次开启和关闭半导体开关时,必须通过电动机电缆、电动机中寄生电容,即CP,该电容对地形成脉冲型噪声电流,电流图如图1。水电站内部的供电系统通常仅设置1个回路,门机、桥机也只有1台,加上电网容量不大,回路受接地电流保护,所以噪声电流便会导致门机供电保护开关跳闸的现象。
脉冲型噪声电流图_论文发表







图1  脉冲型噪声电流图
1.2 解决变频器低频干扰问题
       针对变频器整流桥所形成的低次谐波问题,可以利用电网传导的方式使电网电压发生畸变。面对低频干扰问题,工作人员可以在进线侧端设置进线电抗器,如此一来可以有效的抑制低频干扰。同时,进线电抗器运行的过程中,可以将其余用电设备对于变频器的影响降到最低。
2、变频器功能的体现
       门式起重机动力传动惯性较大,其基本特征为四象限运动,实用性与安全性面临非常严格的要求。进入到信息化时代后电子信息技术对门式起重机带来极大的影响,转矩控制技术在实际应用中也越来越成熟,使变频器能够更好的发挥出变频调速功能[2]。那么水电站内部的门式起重机在运行中应用变频器,必须要有如下功能:第一,变频器需要为起重机提供运行所需要的转矩到位信号,利用转矩记忆功能。为了确保起重机应用安全,起动时变频器输出转矩和负载转矩必须保持一致,或者超出负载转矩,从而精准的将抱闸开启。制动环节的速度较低,但装置必须要准确输出负载转矩。鉴于此,应门式起重机中采用变频设备,对于转矩到位信号的要求比较严格,同时还需要具备记忆功能,详细记录所有行为痕迹。
       第二,软化处理电动机的特性曲线,减小运行期间系统产生的能量消耗。如果多台电动机同时对钢性机构产生驱动力,电动机差异性会导致负载失衡,导致单机过载、方向走偏等问题。那么技术人员需要针对驱动系统展开分析,将电动机所具备的软化功能发挥出来,降低能量消耗。
       第三,变频器需要具备S字加减速功能,加强起重机运行安全。机械设备在运行过程中会产生间隙问题,如果不及时解决便会使传动机构在启动过程中产生机械冲击、振动等现象。这时通过其所具备的S性能,帮助电动机恢复平稳起动,同时也可以降低起重机起动导致的机械冲击,有利于提高起重机运行安全,延长设备的应用期限。
3、变频器与制动单元的应用
       第一,电动机功率、负载试验在变频器运行中占据非常重要的地位,是选择的关键影响因素,也对门式起重机提出非常高的要求,尤其是平均起动转矩,规定其是额定转矩1.6倍。考虑到电源电压波动与超载试验提出的规定,最大转矩只有超过负载转矩2倍,才能够保证变频器应用安全性[3]。变频器过载性能与生产厂商有直接关系,如果在高原地区生产,则要在原本的影响因素基础上加上海拔高度,这也是电动机、变频器非常重要的影响要素。在选择变频器时,一方面要考虑电动机功率,但是如果将功率作为唯一的依据,可能会因为电动机容量过剩导致变频器容量过剩,从而产生资源浪费的现象。所以,在试验过程中需要采用公式推导的方式,保证其与起升机构规定相符。
       第二,应用公式和数据明确变频器制动单元和电阻。门式起重机升降、惯性系数有非常密切的关系,如果电动机转速大于变频器输出频率同步转速,这时可以判断电动机的运行状态。受充电状态影响,变频器直流回路电容电压发生变化,这时若电压已经超出规定范畴,便要及时调整晶体,使过剩电能能够快速转换为热能,也就是变频器能耗制动单元。
4、结束语
      综上所述,水电站门式起重机中运用变频调速,可以克服高频、低频干扰问题,同时也能够降低能源消耗,延长设备的使用期限,确保水电站的稳定运行。
参考文献
1、王熵.QD型16/3.2T桥式起重机变频调速改造设计[J].产业与科技论坛,2018,17(24):66–67.
2、郭明翔.集装箱桥式起重机变频调速系统再生运行及节能研究[J].中国设备工程,2018(23):154–157.
3、杜鑫,崔冰冰.坡度和调速方式对桥式起重机运行小车性能的影响分析[J].河南科技,2018(29):35–38.
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