一种以矢量变压变频变频器为电源的变力臂起重机控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于起重机控制领域，具体涉及一种以矢量变压变频变频器为电源的变力 臂起重机控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着技术进步和市场要求提高，近年来，变频技术越来越多的被引入起重机系统， 作为其动力电源，发挥了技术先进，易于控制，调速范围宽，工作平稳，结构简单，维护成本 低，集成化程度高等优势，已逐渐成为起重机系统的最重要的动力电源。起重机是现代生产 中常用的一种机械设备。不同的使用场合有不同的使用需求，会针对不同的使用场合设计 制造出能适应于这些场合的起重机。部分起重机仅带动重物上升或下降。另部分起重机 则除了带动重物上升或下降之外还会带动重物在水平方向或俯仰方向上围绕起重机重力 支点作一定的位移和旋转，起重机系统起升力臂发生变化，如塔式起重机，港口装卸起重机 等，这类起重机定义为变力臂起重机。为了确保起重安全，起重机在工作时不能发生起重 机自身的倾翻或坍塌或超载，即：既不能超重，也不能超速，同时还要避免发生重物的突然 下落：俗称"遛钩"。为了适应复杂多变的起重工况，起重机在工作过程中都需要人为操作。 目前的起重机中，一般都设置有多种检测传感器，用以向操作人员反馈信息，使他在操作起 重机时，可以方便了解其工作状态，以确保起重安全。目前的起重机系统中设置的检测传感 器，通常检测所起升重物的质量，力臂，转矩，以及起升电机实际转速等；而起升机系统通过 减速机构的最终实际负载转矩和实际工作转速才是决定系统工作安全和效率的关键，对其 实际工作情况，目前设备仅只通过操作人员人为判断，这种判断凭操作人员的实际操作经 验及感觉；目前的起重机控制系统中，对于起重机的控制仅只考虑了对起重机起降重物质 量进行限制的一项安全措施，而没有考虑到其安全工作速度的限制，因此就无法在其确保 安全的前提下提高工作效率。并缺少针对性的安全自动控制对策。由于所使有的传感器都 是外接安装，硬件成本、安装方式、测量准确性都带来了一系列的问题；存在着明显的传感 器附加硬件成本高昂，安装困难，测量受安装位置和方式影响极大造成测量困难结果不准 确及自动安全控制缺位的诸多弊端。
【发明内容】
[0003] 本发明针对上述不足之处而提供一种以矢量变压变频变频器为电源的变力臂起 重机系统控制方法，在增加了安全因素充分考虑起重安全的同时，可以明显提高起重机工 作效率。本发明的控制方法，是以矢量变压变频变频器，即VT-VVVF变频器为电源的起重机 系统为对象的控制方法。
[0004] 起重机在开始起升重物的时候，重物在从静止开始向上运动，需要一个向上的加 速度a，施加于重物的力需要大于重物的重力mXg，初起升重物受到的拉力F = mX (a+g)。 同时起重机在开始起升时，为了保证起动平稳，需要一个较低的转速。所以起重机的起升电 机，在开始起升时，为了保证足够的启动转矩和起动平稳，需要一个最大的起动转矩和一个 较低的转速，这正是VT-VVVF变频器所具备的最重要特征和人们选用其作为起重机电源的 原因。
[0005] 本发明的以VT-VVVF变频器为电源的变力臂起重机控制方法中；
[0006] Sl步，起升电机矢量变频器控制起升电机按起动频率fqd运行起动；
[0007] 矢量变频起重机在启动时，不同的生产厂家，其输出的启动频率不尽相同，共同的 特点是：输出给起升电机一个非常低的启动频率fqd，同时输出一个接近于起升电机最大 输出转矩的启动转矩，理想状态时Tqd = Tm;以使系统获得一个最大的起动转矩并平稳启 动。
[0008] 在起重机系统中，有两种不同类型的负载转矩，第一类为起升机构电机输出转矩 Tfz = mXgXR，其中m为被起升重物质量，R为起升减速机构卷扬盘半径。第二类为起重 机系统起升负载转矩Tl = mXgXL，其中，m为被起升重物质量，L为起重机系统起重力臂。
[0009] 如果起重机系统只有第一类负载转矩，这些起重机中，L = R，Tfz = Tl = mXgX R，如门式起重机，桥式起重机等，这种只有第一类负载转矩的起重机称为定力臂起 重机。
[0010] 如果起重机系统中，同时具有第一类和第二类负载转矩，这类起重机中，起升机构 电机输出转矩Tfz = mXgXR，起重机系统起升负载转矩Tl = mXgXL ;Tfz只与被起升重 物质量m相关与起重机系统起重力臂L无关，而Tl与m和L同时相关，如塔式起重机，港口 起重机等。这种同时具有第一类和第二类负载转矩的起重机称为变力臂起重机。本方案是 重点针对变力臂起重机系统的解决方案。
[0011] 对于转动机械系统来说，其广义的转矩公式推导如下：
[0012] 重物起升时所需要的功率：P = FXV即力与速度的积为功率。
[0013] T = FXR钢绳作用到半径为R的卷筒上时，所需要的转矩。
[0014] P = FXV = FX ω XR = FX (2X π Xn/60) XR = (T/R) X (2X π Xn/60) XR 两 边同除以1000转化为kw单位后为：
[0015] P = (ΤΧ η)/9550 P-(kW)..............................(2-1);
[0016] 或：P = (T X η) /9. 55 P- (W).............................. (2-1);
[0017] 广义转动机械系统转矩公式；
[0018] 其中，转速η，单位为r/min即使转每分，功率Ρ，单位为：kW或W ;转矩Τ，单位为： N · m ；
[0019] 矢量变频器中，整流装置输出直流功率为Pd，P1为矢量变压变频变频器变频输出 交流功率与起升电机定子功率相等，P 2为起升电机转子功率，起升电机减速机构输出功率 为Pfz，则有如下关系：
[0020] f = P1 / Prf ; f为IGBT开关管效率系数；
[0021] λ = P2A31; λ为起升电机电磁转换效率系数；
[0022] ε = Pfz/P2; ε为减速器机构机械效率系数；
[0023]
【主权项】
1. 一种以矢量变压变频变频器为电源的变力