CN111884561B - 基于双馈电机的起重机货物平滑提升控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于双馈电机的起重机货物平滑提升控制系统及方法。基于双馈电机的起重机货物平滑提升控制系统，包括双馈电机M，及与所述双馈电机M电性连接的启动单元、转子电流控制单元、保护单元和控制电路；所述启动单元包括第一接触器KM1和启动限流电阻FR；所述转子电流控制单元包括第二接触器KM2、不可控整流器DR、电感Ls、功率开关管S、二极管D、储能电容C、逆变桥B和缓冲电感LD；所述保护单元包括第三接触器KM3和变压器T。本发明还公开了一种基于双馈电机的起重机货物平滑提升控制方法。

Description

基于双馈电机的起重机货物平滑提升控制系统及方法
技术领域
本发明涉及起重机货物提升技术领域，特别是涉及一种基于双馈电机的起重机货物平滑提升控制系统及方法。
背景技术
起重机的货物平滑提升是起重机参数中最为重要的几个参数之一，起重机的货物平滑启动能大幅度降低货物的损坏率而且能延长起重机中电机和钓绳的使用寿命。起重机起升速度的快慢直接影响着整个工程的进度，如何平滑而快速地提高起升速度成了各个起重机制造商互相讨论的话题，也成为起重机行业在其性能方面的竞争条件。
目前，起重机中大都使用绕线电机并将变频器作为转速调节装置。变频器具有调速范围宽、可在超过额定转速20％以下运行的特性，故可以通过调高变频器输出电压的频率来提高电机的转速这一方法来提升速度。众所周知，变频器特别适用于恒转矩负载，但货物提升过程由于钓绳应力，使得整个提升过程负载一直处于动态变化，这就意味着启动过程中，变频器难以发挥其最大性能，只能实现轻载货物的提升。
双馈电机由于其优异的性能，已逐步应用到起重机领域。斩波式转子变频调速方案由于实现简单、工作可靠，已广泛应用于双馈电机调速领域。但遗憾的是，目前还少有基于双馈电机的起重机货物平滑提升控制系统和方法。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种基于双馈电机的起重机货物平滑提升控制系统及方法。
第一方面，本发明的基于双馈电机的起重机货物平滑提升控制系统，包括双馈电机M，及与所述双馈电机M电性连接的启动单元、转子电流控制单元、保护单元和控制电路；
所述启动单元包括第一接触器KM1和启动限流电阻FR；
所述双馈电机M的定子线圈与三相电网相连，其转子线圈与所述第一接触器KM1相连，所述第一接触器KM1与所述启动限流电阻FR的一端相连，所述启动限流电阻FR的另一端接地；
所述转子电流控制单元包括第二接触器KM2、不可控整流器DR、电感Ls、功率开关管S、二极管D、储能电容C、逆变桥B和缓冲电感LD；
所述第二接触器KM2的一端与所述双馈电机M的转子线圈相连，所述第二接触器KM2的另一端与所述不可控整流器DR的输入端相连，所述不可控整流器DR的输出端高压侧与所述电感Ls相连，所述电感Ls与所述功率开关管S的源极相连，所述电感Ls与所述二极管D的阴极相连，所述二极管D的阳极与所述储能电容C的正极、所述逆变桥B的输入端高压侧相连，所述逆变桥B的输入端低压侧与所述缓冲电感LD的一端相连，所述不可控整流器DR的低压侧与所述功率开关管S的漏极相连，所述储能电容C的低压侧与所述不可控整流器DR的低压侧相连，所述不可控整流器DR的低压侧与所述缓冲电感LD的另一端相连；
所述保护单元包括第三接触器KM3和变压器T；
所述第三接触器KM3的一端与所述逆变桥B的输出端相连，所述第三接触器KM3的另一端与所述变压器T的低压侧相连，所述变压器T的高压侧与三相电网相接。
本发明的基于双馈电机的起重机货物平滑提升控制系统通过设置双馈电机M，及与所述双馈电机M电性连接的启动单元、转子电流控制单元、保护单元和控制电路，利用控制电路控制转子电流控制单元中的元器件动作，从而实现对双馈电机M进行分时段控制，实现起重机的货物平滑提升，解决了现有技术中变频器难以发挥其最大性能，只能实现轻载货物的提升的问题。
第二方面，本发明的一种基于双馈电机的起重机货物平滑提升控制方法，包括：
控制电路发出指令，控制双馈电机M进入启动状态；
转子电流控制单元中的逆变桥B以固定占空比工作，通过控制功率开关管S的通断来控制双馈电机M馈入交流母线的电流i'f；
调节馈入交流母线的电流i'f来控制双馈电机M的电磁转矩；
控制电路对双馈电机M进行分时段控制，以实现货物平滑提升。
本发明的基于双馈电机的起重机货物平滑提升控制方法通过利用转子电流控制单元中的逆变桥B以固定占空比工作，通过控制功率开关管S的通断来控制双馈电机M馈入交流母线的电流i'f，并通过调节馈入交流母线的电流i'f来控制双馈电机M的电磁转矩，通过控制电路对双馈电机M进行分时段控制，从而达到起重机的货物平滑提升的效果，解决了现有技术中变频器难以发挥其最大性能，只能实现轻载货物的提升的问题。
上述技术方案在一种实施方式中，所述控制电路发出指令，控制双馈电机M进入启动状态，包括：控制电路发出指令，闭合第一接触器KM1、断开第二接触器KM2、断开第三接触器KM3，使双馈电机M进入启动状态。
上述技术方案在一种实施方式中，所述控制电路对双馈电机M进行分时段控制，包括：当双馈电机M的转速达到设定值后，控制电路控制闭合第二接触器KM2、闭合第三接触器KM3，通过控制转子电流控制单元中功率开关管S驱动信号PMW1的占空比，使馈入交流母线的电流i'f处于一恒定值，以维持双馈电机转速恒定。
上述技术方案在一种实施方式中，所述控制电路对双馈电机M进行分时段控制，包括：当检测馈入交流母线的电流i'f突增时，断开第一接触器KM1，通过改变功率开关管S驱动信号PMW1的占空比，使馈入交流母线的电流i'f下降，使双馈电机M的电磁转矩迅速增加。
上述技术方案在一种实施方式中，所述控制电路对双馈电机M进行分时段控制，包括：当检测双馈电机M的转速突增时，通过改变功率开关管S驱动信号PMW1的占空比，使馈入交流母线的电流i'f下降，使货物以匀加速运动上升。
上述技术方案在一种实施方式中，所述控制电路对双馈电机M进行分时段控制，包括：当检测双馈电机M的转速达到额定转速时，控制功率开关管S处于导通状态，使双馈电机M运行在额定转速，使货物以最大速度匀速提升。
相对于现有技术，本发明的基于双馈电机的起重机货物平滑提升控制系统及方法通过设置双馈电机M，及与所述双馈电机M电性连接的启动单元、转子电流控制单元、保护单元和控制电路，通过利用转子电流控制单元中的逆变桥B以固定占空比工作，通过控制功率开关管S的通断来控制双馈电机M馈入交流母线的电流i'f，并通过调节馈入交流母线的电流i'f来控制双馈电机M的电磁转矩，通过控制电路对双馈电机M进行分时段控制，从而达到起重机的货物平滑提升的效果，解决了现有技术中变频器难以发挥其最大性能，只能实现轻载货物的提升的问题，有助于双馈电机调速系统在起重机领域的应用。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1是本发明的基于双馈电机的起重机货物平滑提升控制系统的电路连接图。
图2是馈入交流母线的电流i'f随时间变化的示意图。
具体实施方式
在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于其构造进行定义的，它们是相对的概念。因此，有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的方法的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
请参阅图1，图1是本发明的基于双馈电机的起重机货物平滑提升控制系统的电路连接图。
第一方面，本发明的基于双馈电机的起重机货物平滑提升控制系统，包括双馈电机M，及与所述双馈电机M电性连接的启动单元、转子电流控制单元、保护单元和控制电路。
所述启动单元包括第一接触器KM1和启动限流电阻FR。
所述双馈电机M的定子线圈与三相电网相连，其转子线圈与所述第一接触器KM1相连，所述第一接触器KM1与所述启动限流电阻FR的一端相连，所述启动限流电阻FR的另一端接地。
所述转子电流控制单元包括第二接触器KM2、不可控整流器DR、电感Ls、功率开关管S、二极管D、储能电容C、逆变桥B和缓冲电感LD。
所述第二接触器KM2的一端与所述双馈电机M的转子线圈相连，所述第二接触器KM2的另一端与所述不可控整流器DR的输入端相连，所述不可控整流器DR的输出端高压侧与所述电感Ls相连，所述电感Ls与所述功率开关管S的源极相连，所述电感Ls与所述二极管D的阴极相连，所述二极管D的阳极与所述储能电容C的正极、所述逆变桥B的输入端高压侧相连，所述逆变桥B的输入端低压侧与所述缓冲电感LD的一端相连，所述不可控整流器DR的低压侧与所述功率开关管S的漏极相连，所述储能电容C的低压侧与所述不可控整流器DR的低压侧相连，所述不可控整流器DR的低压侧与所述缓冲电感LD的另一端相连。
所述保护单元包括第三接触器KM3和变压器T。
所述第三接触器KM3的一端与所述逆变桥B的输出端相连，所述第三接触器KM3的另一端与所述变压器T的低压侧相连，所述变压器T的高压侧与三相电网相接。
本发明的基于双馈电机的起重机货物平滑提升控制系统通过设置双馈电机M，及与所述双馈电机M电性连接的启动单元、转子电流控制单元、保护单元和控制电路，利用控制电路控制转子电流控制单元中的元器件动作，从而实现对双馈电机M进行分时段控制，实现起重机的货物平滑提升，解决了现有技术中变频器难以发挥其最大性能，只能实现轻载货物的提升的问题。
请参阅图2，图2是馈入交流母线的电流i'f随时间变化的示意图。
第二方面，本发明的一种基于双馈电机的起重机货物平滑提升控制方法，包括：
S1.控制电路发出指令，控制双馈电机M进入启动状态。
S2.转子电流控制单元中的逆变桥B以固定占空比工作，通过控制功率开关管S的通断来控制双馈电机M馈入交流母线的电流i'f。
S3.调节馈入交流母线的电流i'f来控制双馈电机M的电磁转矩。
S4.控制电路对双馈电机M进行分时段控制，以实现货物平滑提升。
本发明的基于双馈电机的起重机货物平滑提升控制方法通过利用转子电流控制单元中的逆变桥B以固定占空比工作，通过控制功率开关管S的通断来控制双馈电机M馈入交流母线的电流i'f，并通过调节馈入交流母线的电流i'f来控制双馈电机M的电磁转矩，通过控制电路对双馈电机M进行分时段控制，从而达到起重机的货物平滑提升的效果，解决了现有技术中变频器难以发挥其最大性能，只能实现轻载货物的提升的问题。
所述S1中，所述控制电路发出指令，控制双馈电机M进入启动状态，包括：控制电路发出指令，闭合第一接触器KM1、断开第二接触器KM2、断开第三接触器KM3，使双馈电机M进入启动状态。
所述S4中，所述控制电路对双馈电机M进行分时段控制，包括：
S41.当双馈电机M的转速达到设定值后，控制电路控制闭合第二接触器KM2、闭合第三接触器KM3，通过控制转子电流控制单元中功率开关管S驱动信号PMW1的占空比，使馈入交流母线的电流i'f处于一恒定值，以维持双馈电机转速恒定。此阶段为双馈电机M低速运行阶段，在这一阶段，起重机的钓绳低速拉紧。
S42.当检测馈入交流母线的电流i'f突增时，断开第一接触器KM1，通过改变功率开关管S驱动信号PMW1的占空比，使馈入交流母线的电流i'f下降，使双馈电机M的电磁转矩迅速增加。此阶段为双馈电机M转速快速爬升阶段。
S43.当检测双馈电机M的转速突增时，通过改变功率开关管S驱动信号PMW1的占空比，使馈入交流母线的电流i'f下降，使货物以匀加速运动上升。此阶段为双馈电机M速度缓慢提升阶段。
S44.当检测双馈电机M的转速达到额定转速时，控制功率开关管S处于导通状态，使双馈电机M运行在额定转速，使货物以最大速度匀速提升。此阶段为双馈电机M转速平稳运行阶段。
通过S41、S42、S43、S44四个阶段，实现起重机的货物平滑提升。
相对于现有技术，本发明的基于双馈电机的起重机货物平滑提升控制系统及方法通过设置双馈电机M，及与所述双馈电机M电性连接的启动单元、转子电流控制单元、保护单元和控制电路，通过利用转子电流控制单元中的逆变桥B以固定占空比工作，通过控制功率开关管S的通断来控制双馈电机M馈入交流母线的电流i'f，并通过调节馈入交流母线的电流i'f来控制双馈电机M的电磁转矩，通过控制电路对双馈电机M进行分时段控制，从而达到起重机的货物平滑提升的效果，解决了现有技术中变频器难以发挥其最大性能，只能实现轻载货物的提升的问题，有助于双馈电机调速系统在起重机领域的应用。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于双馈电机的起重机货物平滑提升控制方法，其特征在于，包括：
控制电路发出指令，闭合第一接触器KM1、断开第二接触器KM2、断开第三接触器KM3，使双馈电机M进入启动状态；
转子电流控制单元中的逆变桥B以固定占空比工作，通过控制功率开关管S的通断来控制双馈电机M馈入交流母线的电流i'f ；
调节馈入交流母线的电流i'f来控制双馈电机M的电磁转矩；
控制电路对双馈电机M进行分时段控制，以实现货物平滑提升；
其中，所述控制电路对双馈电机M进行分时段控制，包括：
当双馈电机M的转速达到设定值后，控制电路控制闭合第二接触器KM2、闭合第三接触器KM3，通过控制转子电流控制单元中功率开关管S驱动信号PMW1的占空比，使馈入交流母线的电流i'f处于一恒定值，以维持双馈电机M转速恒定；
当检测馈入交流母线的电流i'f突增时，断开第一接触器KM1，通过改变功率开关管S驱动信号PMW1的占空比，使馈入交流母线的电流i'f下降，使双馈电机M的电磁转矩迅速增加；
当检测双馈电机M的转速突增时，通过改变功率开关管S驱动信号PMW1的占空比，使馈入交流母线的电流i'f下降，使货物以匀加速运动上升；
当检测双馈电机M的转速达到额定转速时，控制功率开关管S处于导通状态，使双馈电机M运行在额定转速，使货物以最大速度匀速提升。
2.一种基于双馈电机的起重机货物平滑提升控制系统，其特征在于，使用如权利要求1所述的基于双馈电机的起重机货物平滑提升控制方法，其包括双馈电机M，及与所述双馈电机M电性连接的启动单元、转子电流控制单元、保护单元和控制电路；
所述启动单元包括第一接触器KM1和启动限流电阻FR；
所述双馈电机M的定子线圈与三相电网相连，其转子线圈与所述第一接触器KM1相连，所述第一接触器KM1与所述启动限流电阻FR的一端相连，所述启动限流电阻FR的另一端接地；
所述转子电流控制单元包括第二接触器KM2、不可控整流器DR、电感Ls、功率开关管S、二极管D、储能电容C、逆变桥B和缓冲电感LD；
所述第二接触器KM2的一端与所述双馈电机M的转子线圈相连，所述第二接触器KM2的另一端与所述不可控整流器DR的输入端相连，所述不可控整流器DR的输出端高压侧与所述电感Ls相连，所述电感Ls与所述功率开关管S的源极相连，所述电感Ls与所述二极管D的阴极相连，所述二极管D的阳极与所述储能电容C的正极、所述逆变桥B的输入端高压侧相连，所述逆变桥B的输入端低压侧与所述缓冲电感LD的一端相连，所述不可控整流器DR的低压侧与所述功率开关管S的漏极相连，所述储能电容C的低压侧与所述不可控整流器DR的低压侧相连，所述不可控整流器DR的低压侧与所述缓冲电感LD的另一端相连；
所述保护单元包括第三接触器KM3和变压器T；
所述第三接触器KM3的一端与所述逆变桥B的输出端相连，所述第三接触器KM3的另一端与所述变压器T的低压侧相连，所述变压器T的高压侧与三相电网相接。
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