水电站门式起重机(简称门机)在水电工程上统称为闸门启闭机,分为坝顶门机与尾水门机两种。门式起重机启动时应具有大的启动转矩,通常超过150%的额定转矩。若考虑电源波动及超载实验要求等因素,至少应在启动加速过程中提供200%的额定转矩。
主起升机构是坝顶门式起重机的核心部分,它的性能好坏直接影响着各个闸门准确平稳地开启与闭合,对水电站的安全运行和河流的防汛汇洪都起着重要的作用。传统的门机主起升机构采用绕线转子电动机串电阻启动、制动,这种系统无法实现低速长期运行,既无法准确停车又无法实现自动抓梁与闸门的快速、准确连接,空钩时不能升速运行。为了解决这些问题,在门机起升机构[=采用变频调速控制系统。
1.变频器的选择
能满足门式起重机起升机构运行的变频器应具有四象限运行、大启动转矩、低速满转矩、较短的大转矩上升时间和机械制动器顺序控制等功能。鉴于直接转矩控制型变频器优越的技术性能,选用ACC600起重机专用变频器。ACC600变频器采用先进的控制方式和硬件解决方法,具有转矩记忆、功率优化(轻负载升速)、限幅开关监控、机械制动器顺序控制、转矩验证、危险速度监视、主从控制等功能,并设有特殊起重机应用程序,特殊起重机应用程序结合直接转矩控制技术(DTC),保证了起重机运行中的精确控制。
直接转矩控制与矢量控制不同,它不是通过控制电流、磁链等参量来间接控制转矩,而是把转矩直接作为被控量来控制。转矩控制是控制定子磁链,在本质上并不需要转速信息;在控制上对除定子电阻外的所有电动机参数变化来说,稳健性良好;能方便地实现无速度传感器闭环控制。这种系统可以实现很快的转矩响应速度和很高的速度、转矩控制精度。
采用ACC600变频器的直接转矩控制方式可达到5ms以内的转矩响应速度,在带速度传感器时的静态速度精度达±0.01%,在不带速度传感器的情况下即使受到输入电压变化或负载突变的影响,也可达到±0.5%~±0.1%的速度控制精度。在100%满负荷转矩下,不带速度传感器的动态速度精度一般是±0.4%,带速度传感器的动态速度精度一般是±0.1%。ACC600变频器即使在零转速下,没有速度反馈也能提供电动机满转矩,并能够提供可控且平稳的200%的最大启动转矩。门式起重机起升机构所需的电动机轴输出功率PM为
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式中:W为起升机构额定提升负荷的质量(kg);v为起升机构的额定速度(m/min);η为起升机构的机械效率。
变频器的容量必须大于负载所需求的输出,即
(7-15)
式中:k为过载系数,取1.33; PM为负载要求的电动机轴输出功率(kW);η为电动机效率;cosφ为电动机的功率因数。
起升机构要求的启动转矩为1.3~1.6倍的额定转矩,考虑到需有125%的超载要求,其最大转矩需为1.6~2倍的额定转矩,以确保其安全使用。对于驱动等额功率电动机的变频器来说,可提供长达60s、150%额定转矩的过载能力,因此,过载系数k= 2/1.5~1.33。
起升机构的平均启动转矩通常为额定转矩的1.3 -1.6倍,考虑到电源电压波动及需要通过125%超载试验要求等因素,其最大转矩必须是负载转矩的1.8 --2.0倍,以确保安全使用。由于各变频器的过载能力各不相同,且在高原地区还应考虑海拔高度对电动机及变频器的影响,变频器的容量应按下式进行计算。
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