安川 G7 系列变频器在桥式起重机上的应用特点

1前 言

近年来，变频调速技术被广泛应用起重机械行业。其优点： （1） 变频调速是无级调速，速度控制范围宽，调速精度高，速度响应时间快，启动和低速运行时转矩大，电动机即使在零速时，也能提供 150%的额定转矩输出，从而有效地防止溜钩现象，提高了起重机使用时的安全可靠性。 （2） 变频调速在启动、制动时比较平稳，具有良好的低频转矩特性，对电机、制动器冲击比较小，同时降低了机械传动冲击，可明显改善钢结构的承载性能，延长了起重机使用的寿命。 （3） 控制系统使用 PLC 控制器，取代复杂的接触器系统，大大简化了外部线路，提高了整个电气控制系统的可靠性，降低了设备故障率和电气元件的更换频率，减少了日常维护量。

安川 G7 系列变频器共有 5 种控制模式，分别为无PG V/f控制、带 PG V/f 控制、无 PG 矢量1 控制、带 PG 矢量控制、无 PG 矢量 2 控制。每种控制模式各有其优点及特长，现场实际运用中可根据不同的机构和工作方式来选择合适的控制模式。

当选择矢量控制模式时，需要对电机实施自学习，以便更精确地测算并设定电机参数。G7 系列变频器共有 3 种自学习模式，分别为旋转型自学习模式、停止型自学习模式和只对线间电阻的停止型自学习模式。其中，停止型自学习模式克服了传统变频器不脱开负载就无法进行自学习的弊端，这个功能十分实用，尤其是在更换行车起升机构的变频器时，如果要重新进行旋转型自学习，必须脱开电机与减速机之间的接手，不仅工程量大，而且施工难度高，十分麻烦。停止型自学习模式就很好地解决了这个问题。安川 G7 系列变频器的基本控制流程：通过PLC的数字量输入模块收集主令控制器的动作信号和各种保护装置的开关量信号→CPU 内部程序对收集到的各种开关量信号进行分析和逻辑处理→PLC 通过数字量输出模块给变频器发送运行指令→变频器根据所接收到的运行指令驱动电机。

2应用特点

2.1 应用的关键问题

桥式起重机的核心机构是起升机构，根据热轧厂的实际生产情况，要满足现场的生产需求，采用变频调速系统必须解决的关键问题：

（1） 低频时能保证恒转矩输出避免低频满负载工况下发生无法带动负载的现象。

（2） 满负载时在空中制动停车或再提升时产生溜钩现象。

（3） 电动机减速或重载下放时，再生制动能量必须迅速得到释放。

（4） 平移机构要求 1 台变频器能够驱动多台电机。

应用、调试中的处理措施：

（1） 在热轧厂的变频调速行车中，起升机构变频器全部采用带 PG 矢量控制模式，其中闭环控制的速度反馈采用增量式脉冲编码器。

该模式是安川系列变频器性能最高的控制模式，具有足够的调速硬度和良好的低频转矩特性，其低频转矩高，高频稳定性好，动态响应特性好，机械特性硬，能从容应对负载突出。速度控制上与其它模式相比具有精度高、控制范围大等优点，同时还具备零速转矩保持功能，能够满足起升机构精确定位以及低速大转矩输出的要求。

（2） 起升机构采用液压缸推杆制动器进行制动，在起升机构上升、下降过程中，制动回路与变频器加、减速时间的匹配是一个非常关键的问题。既要防止溜钩现象的产生，又要避免由于时间匹配不当出现松闸太慢或抱闸太快现象。若匹配不当则可能引起电机的堵转而导致变频器保护性跳闸，致使工作中断。在实际应用中，首先我们调整了变频器的 b2- 01 参数，加大了直流制动开始的频率。然后将变频器运行信号引入PLC，当 PLC 检测到变频器的零速信号后，启动计时器开始计时，计时时间与变频器减速时间一致，减速完毕后抱闸立即抱死，从而杜绝了溜钩现象的产生。

（3） 对再生制动能量的处理方式一般有两种，一种是采用制动单元和制动电阻来吸收，另一种则是通过在直流侧设置公共母线的逆变桥使之回馈到电网。在实际应用中，我们采用的是第一种方式，当起升机构需要快速制动时，变频器中间环节电容器在规定的电压范围内储存不了再生能量或是内接的制动电阻来不及消耗掉而使变频器直流侧“过压”时，通过制动单元控制接通外接制动电阻，从而将再生能量快速消耗掉。

（4） 在平移机构上，我们选择的是无 PGV/f控制。V/f控制模式与矢量控制模式相比虽然速度响应较慢，机械特性较软，低速时性能会下降，低频时输出的最大转矩小，稳定性差。但是，完全可以满足调速响应动态要求不高的一般平滑调速，而且该模式能够使用1台变频器驱动多台电机，所以多应用于行车的平移机构中，尤其是在桥式起重机大车平移机构中。

2.2常见故障处理

（1） 故障代码 OV的处理。故障代码 OV代表主回路过电压故障。当主回路直流电压超过过电压检出值时报出。产生 OV 故障的主要原因：减速时间太短，从电机产生的能量太大，对变频器造成冲击。对策：可以适当地延长减速时间，减小变频器输出的最高频率值，或是连接制动电阻。当变频器报出 OV故障时，应先检查制动电阻的接线是否良好，制动单元的工作状态是否正常，确认无误后再检查变频器参数。

（2） 故障代码OL2的处理。故障代码OL2代表变频器过负载。当变频器负载过大，变频器内部电流过高时报出。产生 OL2 故障的主要原因：加减速时间、周期过短，或是当负载过大，电机力矩建立不足时也会报出。对策：调整负载的大小，适当地延长加减速时间，减小变频器各段速的输出频率值。变频器报出 OL2故障时，还应当检查电机抱闸的开闭动作是否正常，是否存在摩擦。电机的机械部分是否存在卡阻现象等。

（3） 故障代码 PUF 的处理。故障代码 PUF代表主回路保险丝熔断，输出晶体管损坏。产生 PUF 故障的主要原因：变频器输出侧接地或相间短路，变频器主控板产生误触发。对策：更换变频器主回路快熔，更换被击穿的 IGBT 元件，检查RC 电容组是否损坏。同时还必须检查变频器的驱动板是否良好，如果无法确定也需要一并更换。外部线路需要检查电机的绕组绝缘和接线，是否存在短路现象。

2.3 日常维护

安川 G7 系列变频器的标准使用条件：工作环境温度年平均30℃以下；负载率 80%以下；日作业率 <12 h/d。由于现场工作环境以及实际生产状况的制约，往往无法达到上述条件。

在柳钢热轧厂，行车工作环境温度维持在 40℃左右，负载率保持在 90%～105%，日作业率接近 100% （24h/d）。因此，要保证变频器长时间的正常运行，必须做好日常的点检维护工作。影响变频器使用寿命的几个因素有：震动、环境温度、粉尘及水汽等，针对这些因素，主要对策：

（1） 定期检查变频器的外接端子、单元安装螺丝、接插件有无松动现象，如有松动则必须紧固。

（2） 改善变频器的工作环境，在行车电气室内安装大功率空调，降低变频器工作时的环境温度，定期检查变频器的散热片有无积尘，变频器散热风扇是否正常工作， 如有积尘则必须及时清扫，散热风扇如果有异常噪音和异常振动则需及时更换。

（3） 定期检查变频器的主控板以及驱动板有无导电性粉尘或是油污附着，环境温度变化大时需注意有无水露凝结，如有需及时进行清除和干燥。

3 结 语

柳钢热轧厂目前共有 52 台行车，其中有接近半数的行车安装了安川 G7 系列变频器。这些行车在精确定位、高速度快节奏生产、恶劣工况下长时间持续工作等多个场合展现了传统切阻行车所无可比拟的优势，不仅提高了生产效率，同时更加安全可靠，故障率也大为降低，很好地满足了现场生产的需求。