一. 引言
行車在制造業(yè)有廣泛應用，用來實現(xiàn)物體在三維空間中的轉運。其中水平面上兩個方向的運動分別由大、小車完成，稱為行走系統(tǒng);而垂直方向的運動則由起升機構負責。大多數(shù)的行車通過釣鉤與被運物體相連，而當被運物體為粉狀時，則需要通過抓料斗，這就是抓斗行車。其中專門負責升/降運動的電機稱為主卷電機，另一臺閉合電機除了負責抓斗的打開和閉合(丟料和抓料)外，抓斗升降時，它還會同主卷電機一起出力。三化電廠現(xiàn)有抓斗行車1臺，均為串級調速加繼電器/接觸器控制方式，故障率高，維護和維修的費用、時間均很大，給生產造成不良影響?，F(xiàn)對其中行車進行技術改造，采用變頻器，從根本上解決問題。
二. 變頻電氣控制系統(tǒng)
2.1 系統(tǒng)原理
主卷和閉合機構變頻調速控制的配置圖如圖1、圖2所示。
圖1、圖2中閉合和主卷機構采用變頻器實現(xiàn)電機的無級調速，采用制動單元和制動電阻以消耗下降過程中的再生電能。下面分別闡述:
(1) 抓斗行車相關參數(shù)
大車電機: 2×7.5kW 小車電機: 4kW
主卷電機:30kW 閉合電機: 30kW
(2) 行走系統(tǒng)
大小車分別選用ALPHA6000-3015GB和ALPHA6000-35R5G變頻器各一臺，分別配置制動組件，以消耗自由停車時剎車抱死電機軸所返回變頻器直流母線回路的剩余能量。其它，本文不詳細描述。
(3) 主卷/閉合變頻器
變頻器選用具有電流矢量控制、力矩控制等功能的變頻器一臺ALPHA6900-3045G各一臺，分別調節(jié)主卷電機和閉合電機速度。所選變頻器相對電機功率放大2檔。
圖1 閉合機構變頻控制配置圖
圖2 主卷機構變頻控制配置圖
(4) 制動單元和制動電阻
抓斗下降過程中，電機為反向旋轉，但輸出力矩仍然為正方向，此時，電機工作于第二象限，其再生電能必須通過變頻器的直流回路進行釋放，因此，制動單元和制動電阻是不可或缺的。經驗表明，制動單元和制動電阻的配置容量應該相對于變頻器容量適當放大，具體情況與行車起升高度、制動單元的最大制動使用率、電機和變頻器的配置余量以及制動電阻散熱條件等環(huán)境因素有關。
由于抓斗下降過程是可能持續(xù)較長時間的過程，且無配重，因此，下降過程中的再生電能具有能量大、時間長的特點。這種特點要求制動單元必須具備連續(xù)制動(100%ED)能力，且直流電壓檢測和判斷時間應足夠短，否則，極易造成變頻器直流回路過電壓，以至停機或失速。適當選配制動單元和制動電阻是非常重要的,而且它也需要借鑒于經驗。
2.2 系統(tǒng)功能
(1) 安全連鎖功能
(a) 行車上各個進出口的門以及操作室的門在打開狀態(tài)下，禁止操作;
(b) 大、小車軌道兩端設限位開關限制車體超越;
(c) 沖頂限位;
(d) 各操作手柄未處于零位置時, 上電被禁止;
(e) 主卷和閉合變頻器中任意一臺變頻器報故障時，兩臺變頻器均立即停止輸出(自由停車)，同時抱閘合閘;
(f) 任何時刻斷電, 系統(tǒng)將立即停止，抱閘合閘;
(2) 力矩跟蹤抓斗上升和下降是由主卷電機和閉合電機共同運轉來完成的。但抓料操作時，為了盡可能多抓料，必須使用“點動降”使主卷鋼繩保持松弛，因此，當抓料完成時，主卷鋼繩是松弛的。若兩臺變頻器都為速度控制方式，則不能解決主卷鋼繩和閉合鋼繩的受力平衡問題，容易導致閉合電機、閉合變頻器、閉合鋼繩過載。為此，設定閉合變頻器為速度控制方式，當抓斗閉合狀態(tài)下上升時，主卷變頻器切換為力矩控制方式。其力矩指令來自閉合變頻器的輸出力矩。即主卷變頻器跟蹤閉合變頻器的輸出力矩，這就是力矩跟蹤功能。這樣，可以很滿意地解決兩臺電機的受力平衡。
(3) 重載軟啟動/軟停車
阿爾法變頻器矢量控制方式保證在0~50Hz的范圍內電機能瞬時輸出2倍額定力矩，響應時間150ms，即剛啟動時或減速停車將結束時，電機的力矩輸出能力仍然和高頻段一樣大，這可以確保消除啟/停時的“溜鉤”現(xiàn)象。
變頻器對電機的啟動和停止是在加/減速時間內以S曲線方式增/減運行速度。即，電機剛啟動時刻以極低速度運行一段時間，其間加速度也較小，然后再以與加速時間相對應的加速度將電機速度提高，接近設定速度時再以較小加速度運行至設定值。減速過程與加速過程類似。這就是軟啟動和軟停止。它可以十分有效地減小電機啟/停時的沖擊電流(閉環(huán)矢量控制的低速大力矩性能保證即使重載時也可以克服靜摩擦而實現(xiàn)啟動)。本系統(tǒng)重載啟/停電流被限制在2倍額定電流以下。
三. 故障保護和故障診斷
變頻器具備對電機和變頻器本身的完善保護功能，如過熱、過載、過流、過壓、缺相、接地等，從而避免設備在不正常狀態(tài)下長時間運行，保護設備不至于損壞。故障信息可以準確地指示故障點，變頻器使用說明書中還有導致故障的原因及排除故障的措施，極大地方便了維護人員排除故障。
改造后系統(tǒng)特點
抓斗行車變頻改造前后的電氣控制系統(tǒng)的狀況和比較。抓斗行車變頻改造后，很好地解決了主/閉鋼絲繩受力平衡問題;很大程度上降低了起制動時的沖擊電流;再加上變頻器對電機及其本身的完善保護功能，極大地提高了行車的可靠性和使用壽命。
(1) 行車上一般采用多極數(shù)線繞式電機, 其過載能力很強，變頻器選型時要注意要相對于電機功率適當放大，同時，制動單元和制動電阻也應該相對于變頻器容量放大配置。采用變頻器加鼠籠型電機和系統(tǒng)時，要考慮電動機的過載能力和變頻器的選型時注意的問題。
(2) EMC和EMI問題在變頻器應用工程中應給予足夠重視，行車上，編碼器及其它模擬信號線一定要注意抗干擾措施。
(3) 系統(tǒng)調試中注意速度環(huán)的快速穩(wěn)定性、力矩信號的標度變換、濾波時間常數(shù)、速度極限和力矩極限等問題。
