CN102320532B - 一种电动葫芦停机时防止溜钩的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动葫芦停机时防止溜钩的控制方法，所述电动葫芦由锥形电机驱动，所述锥形电机的控制系统为包括逆变单元和控制单元的变频器，所述控制单元包括磁链控制器和转矩/转矩电流控制器；所述锥形电机还包括电磁抱闸装置，在控制单元控制逆变单元停止输出从而使锥形电机断电前，所述控制单元控制逆变单元对锥形电机进行消磁处理，使所述锥形电机中的剩磁衰减到其不能阻碍锥形电机中电磁抱闸装置的动作。本发明的控制方法能使锥形电机中的剩磁迅速衰减到其不能阻碍锥形电机中电磁抱闸装置的动作，能够有效防止电动葫芦的溜钩现象，提高了电动葫芦使用中重物在空中定位的准确性，满足了电葫芦行业标准要求，提升了使用安全性。

Description

一种电动葫芦停机时防止溜钩的控制方法

技术领域

本发明涉及一种电动葫芦的控制方法，尤其涉及一种锥形电机驱动的电动葫芦停机时防止溜钩的控制方法。

背景技术

随着变频技术的发展，变频器以其节能高效的特点被逐渐应用到起重设备，其中有较为典型的起重用电动葫芦。

电动葫芦结构简单，应用广泛，现有的电动葫芦大多采用结构特殊的锥形电动机。锥形电动机的特点是集动力与制动力于一体，电动机的定子铁心内圆和转子铁心外圆设计为圆锥面，电磁抱闸制动器即为电动机风扇内圆上的制动环，位于电动机轴的一端，电动机通电时作用在转子上的轴向电磁力使转子产生位移，使电动机风扇内圆上的制动环与电动机后端盖上的制动面脱离，同时径向电磁力使电动机转子旋转，输出机械转矩，电动机为旋转状态，当电动机断电，且轴向电磁力减小为很小值，风扇上的制动环在弹簧力的作用下紧贴后端盖刹车面，产生制动力矩，使电动机迅速制动。电动机升降运行过程中必须先打开其电磁抱闸制动器，在电动葫芦控制重物上升和下降时，要求电磁抱闸制动器和电动机的动作之间必须紧密协调配合。电磁抱闸制动器是根据锥形电机中定、转子之间的电磁力与制动器弹簧力之间的共同作用来完成抱闸动作和打开抱闸动作的，而电动机断电后，一方面，断电瞬间电机中存在剩磁；另一方面，定子中的电流会沿逆变桥中的续流二极管续流，其会随电机的选择产生一定的激磁作用。因此电机中定、转子之间的电磁力不会立刻消失，而是按一定的时间常数逐渐衰减，这势必会阻碍制动器的抱闸动作，从而导致溜钩现象。溜钩现象非但降低了重物在空中定位的准确性，有时还会产生严重的安全问题，因此对于变频器在锥形电机电葫芦的应用中防溜钩是一个关键的问题。在起重行业中，溜钩现象是普遍存在的，根据标准JB/T9008.1-2004中的5.1.2.6的规定中对溜钩现象量化的要求为：在额定载荷下，制动下滑量应不大于v/100（v为额定载荷下1min内稳定起升的距离），且不大于200mm。因此必须根据锥形电机电动葫芦的应用特点进行严密合理控制，满足或高于电葫芦起重运行的行业要求，保证电机运行的安全可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种实现方便有效且安全可靠性高的电动葫芦停机时防止溜钩的控制方法，在不增加硬件成本的前提下，使电动葫芦的安全性满足要求。

具体而言，本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种电动葫芦停机时防止溜钩的控制方法，所述电动葫芦由锥形电机驱动，所述锥

形电机的控制系统为包括逆变单元和控制单元的变频器，所述控制单元包括磁链控制器和转矩/转矩电流控制器；所述锥形电机还包括电磁抱闸装置，其特征在于，在控制单元控制逆变单元停止输出从而使锥形电机断电前，所述控制单元控制逆变单元对锥形电机进行消磁处理，使所述锥形电机中的剩磁衰减到其不能阻碍锥形电机中电磁抱闸装置的动作。

优选地，所述消磁处理通过以下方法实现：将所述磁链控制器的控制目标值切换为一预设的常数值K，当磁链达到该目标值时，锥形电机中的剩磁不足以阻碍电磁抱闸装置的动作；磁链控制器以常数K为控制目标继续对逆变器进行控制。

进一步地，所述磁链控制器为定子磁链控制器、转子磁链控制器或者气隙磁链控制器，分别通过控制锥形电机的定子磁链、转子磁链或者气隙磁链实现所述消磁处理。

进一步地，所述消磁处理过程中，将转矩/转矩电流控制器的控制目标值切换为一定值，转矩/转矩电流控制器以该定值为控制目标继续对逆变器进行控制。

进一步地，在磁链控制器的控制目标值K达到后，再经过一段延时，磁链控制器以K为目标值进行控制的时间与所述延时之和为一预先设定的定值T；经过时间T后，控制器控制逆变桥停止输出。

    本发明通过在控制器控制锥形电机断电前，控制逆变器对锥形电机进行消磁处理，使所述锥形电机中的剩磁迅速衰减到其不能阻碍锥形电机中电磁抱闸装置的动作，能够有效防止电动葫芦的溜钩现象，提高了电动葫芦使用中重物在空中定位的准确性，满足了电葫芦行业标准要求，提升了使用安全性。

附图说明

图1为本发明所述锥形电机电动葫芦的控制拓扑结构示意图；

图2为本发明控制方法的原理示意图；

图3为采用现有控制方法的电动葫芦停机时锥形电机定子电压、定子电流的变化情况；

图4为采用本发明控制方法的电动葫芦停机时锥形电机定子电压、定子电流的变化情况。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

本发明所述的电动葫芦控制结构如图1所示，该电动葫芦由锥形电机驱动，所述锥形电机的控制系统为包括具有逆变单元和控制单元的变频器（图中虚线框中部分），所述控制单元包括磁链控制器和转矩/转矩电流控制器；所述锥形电机包括电磁抱闸装置。电网电源连接到变频器上，由变频器控制单元给出PWM脉冲信号控制变频器逆变单元导通和关断，变频器逆变单元输出的控制电压控制锥形电机电动葫芦电源电压。变频器要通过封锁PWM脉冲实现对锥形电机电动葫芦进行断电控制。锥形电机停机时，负载下溜过程中拖动电机旋转时，由于其内部还有剩余磁链，而锥形电机的抱闸装置动作要克服了该剩余磁链产生的轴向磁场力才能产生抱闸动作。如果在停机时不加入消磁处理过程，则锥形电机停机时电机内的剩余磁链为自然衰减状态，需要较长时间才能衰减下来，进而该剩余磁链引起的轴向磁场力也需要较长时间才能衰减到不会阻碍锥形电机的抱闸装置动作，从而使锥形电机吊起的负载反拖引起了溜钩现象。由于电机定子侧会由于剩磁作用而测量到感生电压，因此可通过测量感生电压的大小反映出电机内磁感应强度的强弱。

本发明的思路就是在变频器封锁PWM脉冲实现对锥形电机电动葫芦进行断电控制前，加入一个消磁阶段，以使该锥形电机中的剩余磁链迅速衰减，进而使该剩余磁链产生的轴向磁力迅速衰减，从而达到迅速抱闸的目的。

本具体实施方式中采用以下方法实现上述消磁处理：在控制单元控制逆变单元停止输出从而使锥形电机断电前，将磁链控制器的控制目标值切换为一预设的常数值K，当磁链达到该目标值时，锥形电机中的剩磁不足以阻碍电磁抱闸装置的动作；磁链控制器以常数K为控制目标继续对逆变器进行控制。优选地，所述K的取值范围为                                                

。

磁链控制器通常可分为定子磁链控制器、转子磁链控制器以及气隙磁链控制器这三种，分别对电机的定子磁链、转子磁链或者气隙磁链进行控制。这三种控制方式均适用于本发明的控制方法，即可分别通过控制定子磁链、转子磁链或气隙磁链的衰减来完成消磁过程。下面以转子磁链控制器为例来对本发明的技术方案进行进一步说明。如图2所示，C侧为磁链控制器给定值指令，D侧为磁链正常运行设定值，E侧为磁链给定值设置为常数值K；P侧为转矩电流控制器控制指令，M侧为转矩电流正常运行设定值，N侧为转矩电流给定值设置为0。当变频器正常运行时，磁链给定值指令C侧选通D侧，磁链给定值取正常运行设定值；转矩电流控制器控制指令P侧选通M侧，转矩电流给定值取正常运行设定值（该值通常通过闭环控制给出）。在变频器封锁PWM脉冲前的消磁过程中，磁链控制器的磁链给定值指令C侧选通E侧，磁链给定值设置为K，这里K可以取为0-0.3范围的值，并利用PI控制器调节进行反馈控制，以使的锥形电机中的转子磁链值向目标值K衰减；同时，转矩电流控制器控制指令P侧选通N侧，转矩电流给定值设置为0，并利用PI控制器调节进行反馈控制，以使的锥形电机中的转矩电流迅速向0衰减。在磁链控制器的控制目标值K达到后，再经过一段延时，磁链控制器以K为目标值进行控制的时间与所述延时之和为一预先设定的定值T，控制器封锁PWM脉冲，完成停机动作，其中T的取值优选

。该消磁处理过程使锥形电机中的剩磁迅速减弱到其对锥形电机中抱闸装置动作的阻碍作用非常微小，使锥形电机的电磁抱闸制动器迅速制动。由于停机前正常工作时的磁链为额定励磁电流产生的额定磁链，所以停机前剩余磁链的初始值接近额定磁链值。进入消磁过程后，磁链的目标值被切换为一个很小的K值，该K值远小于正常工作时的额定磁链值，即消磁过程中磁链目标值与反馈的电机内剩余磁链值之间的误差为负值。磁链目标值与反馈的电机内剩余磁链值之间的误差经过PI调节器的比例、积分运算，将输出为一个和现有的剩余磁链反向的励磁电流指令。励磁电流指令由变频器的励磁电流控制器，通过比例、积分运算，得到磁链轴的电压指令。依据该磁链轴的电压指令以及转矩电流控制器产生的转矩轴电压指令，产生变频器的PWM控制脉冲信号并控制变频器中的逆变单元，从而向锥形电机的定子输出控制电压，进而在锥形电机中产生与剩余磁链相反的消磁电流以迅速消弱电机内的剩余磁链强度。由于锥形电机内剩余磁链强度迅速减弱，锥形电机内的磁场力也迅速减弱到很小的程度，锥形电机的抱闸装置能克服磁场力及时进行抱闸动作，从而有效的减小了锥形电机吊重负载反拖引起的溜钩。

为了验证本发明方法的有效性，进行了如下实验。实验采用5.5kw变频器驱动3吨电动葫芦中额定功率4.5kW、额定电压380V的锥形电机为实验平台，起升与下降高度为3米。本实验对比了采用传统控制方法和采用本发明控制方法的情况下，变频器控制锥形电机驱动3吨重物以运行速度为5Hz的低速下降并停机时的溜钩情况，即当电机吊着3吨重物以5Hz下降运行过程中，向变频器发出自由停机指令，使变频器接受自由停机指令时对锥形电机进行停机控制，并测量停机后的溜钩距离。实验结果为：在未做消磁处理的停机控制时测量得到溜钩距离值为11mm，不满足电葫芦行业标准所规定的溜钩距离要求（即不能超过8mm）；而变频器应用本发明控制方法进行停机消磁处理控制后，测量得到溜钩距离值为3mm。根据停机过程中电机定子电流、电压的变化可解释两种控制方法的差异：图3为采用现有控制方法的电动葫芦停机时锥形电机定子电压、定子电流的变化情况，从图中可看出，当变频器封锁PWM脉冲后，由于电机中剩磁的作用，电机的定子上还会检测出由于电机铁芯内剩磁产生的磁场和电机惯性旋转运动而引起的感生电压，该感生电压从封PWM脉冲时刻起，经过T0=254.69ms的时间后才衰减到一个较小的水平，因此期间溜钩较大。图4为采用本发明控制方法的电动葫芦停机时锥形电机定子电压、定子电流的变化情况，在A光标线所示时刻接受封锁PWM指令后进行消磁处理，A、B光标线之间时刻T=97.5ms，B光标线所示时刻封锁PWM脉冲，完成停机，通过图可以看出电机定子上的电压在T时刻内迅速衰减为0，使得所述剩磁快速衰减到其不能阻碍锥形电机中抱闸装置动作。严格满足电葫芦安全运行可靠性要求，验证了本发明控制方法的有效性和可靠性。

Claims (7)

1.一种电动葫芦停机时防止溜钩的控制方法，所述电动葫芦由锥形电机驱动，所述锥形电机的控制系统为包括逆变单元和控制单元的变频器，所述控制单元包括磁链控制器和转矩/转矩电流控制器；所述锥形电机还包括电磁抱闸装置，其特征在于，在控制单元控制逆变单元停止输出从而使锥形电机断电前，所述控制单元控制逆变单元对锥形电机进行消磁处理，使所述锥形电机中的剩磁衰减到其不能阻碍锥形电机中电磁抱闸装置的动作；所述消磁处理通过以下方法实现：将所述磁链控制器的控制目标值切换为一预设的常数值K，当磁链达到该目标值时，锥形电机中的剩磁不足以阻碍电磁抱闸装置的动作；磁链控制器以常数K为控制目标继续对逆变器进行控制。

2.如权利要求1所述电动葫芦停机时防止溜钩的控制方法，其特征在于，所述磁链控制器为定子磁链控制器、转子磁链控制器或者气隙磁链控制器。

3.如权利要求1所述电动葫芦停机时防止溜钩的控制方法，其特征在于，所述消磁处理过程中，将转矩/转矩电流控制器的控制目标值切换为一定值，转矩/转矩电流控制器以该定值为控制目标继续对逆变器进行控制。

4.如权利要求3所述电动葫芦停机时防止溜钩的控制方法，其特征在于，所述定值为0。

5.如权利要求1所述电动葫芦停机时防止溜钩的控制方法，其特征在于，所述K的取值范围为                                                

。

6.如权利要求1所述电动葫芦停机时防止溜钩的控制方法，其特征在于，在磁链控制器的控制目标值K达到后，再经过一段延时，磁链控制器以K为目标值进行控制的时间与所述延时之和为一预先设定的定值T；经过时间T后，控制单元控制逆变单元停止输出。

7.如权利要求6所述电动葫芦停机时防止溜钩的控制方法，其特征在于，T的取值范围为

。

Images