該裝置的核心部件是1個(gè)帶有閉環(huán)控制板CUSA的調(diào)節(jié)板，它將三相交流電源變成可調(diào)直流電壓，為三相交流電源側(cè)疊加1個(gè)快速矢量控制，向電網(wǎng)發(fā)送一個(gè)近似正弦波的電流，因而，在電網(wǎng)凈化濾波器的幫助下，電網(wǎng)能保持很小的擾動(dòng)。矢量控制也可以調(diào)節(jié)功率因數(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障，甚至是在發(fā)電工作時(shí)，也不會燒壞逆變器上的熔斷器，當(dāng)一相瞬時(shí)跌落時(shí)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)將功率分配給其余相且可連續(xù)工作。該裝置還設(shè)有1個(gè)VSB板(電壓識別板)，作為電網(wǎng)角度編碼器，它具有100%的電網(wǎng)回饋能力，不需要自耦變壓器，在發(fā)電工作時(shí)不產(chǎn)生損耗功率。該裝置具有以下特點(diǎn)：
①控制系統(tǒng)可以對電網(wǎng)產(chǎn)生任意擾動(dòng)，即該系統(tǒng)具有最佳綜合功率因數(shù)；
?、谠陔娋W(wǎng)電壓瞬時(shí)跌落或故障時(shí)，具有防止傳動(dòng)系統(tǒng)顛覆功能；
?、勰苓M(jìn)行無功功率補(bǔ)償；
?、芩南笙薰ぷ鞣绞剑瑤ё該Q向功能；
?、輰τ诓环€(wěn)定電網(wǎng)有最高可用性；
b、變頻調(diào)速柜構(gòu)成變頻調(diào)速系統(tǒng)由電源連接模塊、變流器模塊、逆變器3部分組成，見圖1。
(2) 主起升機(jī)構(gòu)變頻調(diào)速控制部分的改造
a、變頻調(diào)速柜控制
變頻調(diào)速柜由操作室的電源合閘按鈕控制整流/回饋裝置啟動(dòng)，直流母線電壓升到600V，運(yùn)行輸出繼電器吸合，無故障輸出繼電器吸合，整流/回饋裝置PMU顯示0，系統(tǒng)進(jìn)入待運(yùn)行狀態(tài)。
卷上、卷下和四檔速度給定仍由操作室的操作指令開關(guān)控制，這些信號經(jīng)新增加的中間繼電器控制板送人變頻調(diào)速柜，控制信號送入CUVC板，速度給定送入EB1擴(kuò)展板。卷上、卷下運(yùn)行指令使逆變器處于工作狀態(tài)，并按給定速度檔位運(yùn)行。輸出信號包括運(yùn)行信號、故障信號和抱閘信號。控制信號的連接見圖2。
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變頻調(diào)速控制采用帶編碼器的速度閉環(huán)控制方式，實(shí)現(xiàn)了主鉤快速起動(dòng)和快速停止，起動(dòng)加速度可達(dá)到1.8m/s2，載荷經(jīng)0.4S時(shí)間從靜止升到最高運(yùn)行速度。可以實(shí)現(xiàn)主鉤運(yùn)行從上升最高速快速直接轉(zhuǎn)換到下降最高速，完全滿足現(xiàn)場工況要求。
改用變頻裝置后，電機(jī)電流控制抱閘打開，電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速控制抱閘閉合，減少了抱閘對機(jī)械設(shè)備的沖擊，同時(shí)延長了抱閘裝置的使用壽命。b、操作控制
起升機(jī)構(gòu)采用變頻器控制，操作手柄從下降拉回零位停車時(shí)，沒有反接制動(dòng)，因而不存在換向死區(qū)，變頻器迅速降低頻率，電動(dòng)機(jī)迅速形成回饋制動(dòng)力矩，再加上機(jī)械制動(dòng)器的作用，制動(dòng)效果比定子調(diào)壓控制更好，不會產(chǎn)生溜鉤現(xiàn)象。
(3) 變頻調(diào)速與調(diào)壓調(diào)速比較
基速以下調(diào)速時(shí)，變頻調(diào)速為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，即在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)允許的輸出轉(zhuǎn)矩保持不變?；僖陨险{(diào)速時(shí)，為恒功率調(diào)速。
調(diào)壓調(diào)速既非恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速也非恒功率調(diào)速，隨著轉(zhuǎn)速的降低，電動(dòng)機(jī)的允許輸出轉(zhuǎn)矩和允許輸出功率都下降。
a變頻調(diào)速的效率為0.97~0.98，而調(diào)壓調(diào)速屬于變轉(zhuǎn)差率調(diào)速，低速時(shí)轉(zhuǎn)差損耗大，效率低，不利于節(jié)能。
b矢量控制的變頻調(diào)速，不加測速反饋時(shí)調(diào)速范圍可以達(dá)到1：10，有測速反饋時(shí)調(diào)速范圍大于1：10，且穩(wěn)、速精度高，可以低轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行。
c啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩問題，電動(dòng)機(jī)的力矩包括2部分：負(fù)載力矩和動(dòng)態(tài)力矩，負(fù)載力矩用于提升重物，動(dòng)態(tài)力矩用于啟動(dòng)和制動(dòng)。變頻器許用動(dòng)態(tài)力矩為0.6MN(30s)，只要不超重，啟動(dòng)不成問題。廢鋼橋式起重機(jī)為電磁吸盤橋式起重機(jī)，不會出現(xiàn)超重現(xiàn)象，能滿足變頻啟動(dòng)的要求。
(4)啟動(dòng)負(fù)荷較大時(shí)，會出現(xiàn)下降溜鉤問題。調(diào)壓調(diào)速方式用串電阻改變機(jī)械特性，同步轉(zhuǎn)速不變，特性較軟，負(fù)荷變化引起的轉(zhuǎn)速變化很大，采用測速反饋后會得到改善，但在低速時(shí)，測速反饋也不能使其特性得到改善，因而可能出現(xiàn)下降溜鉤現(xiàn)象。
而變頻調(diào)速的特性和直流電機(jī)相同，基速以下調(diào)速，機(jī)械特性是一組平行直線，特性硬，負(fù)荷變化時(shí)轉(zhuǎn)速下降很小，載荷下降時(shí)，特性延伸到第四象限，處于再生制動(dòng)，仍舊保持電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的特性硬度，不會出現(xiàn)溜鉤現(xiàn)象。
d繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，因電阻長期處于發(fā)熱狀態(tài)消耗大量能量，以犧牲能量實(shí)現(xiàn)調(diào)速性能，效率很低。變頻調(diào)速效率可達(dá)0.97~0.98，繞線電機(jī)改為變頻調(diào)速后，只是將電阻全部短接，不會影響電機(jī)的性能，效率也不會下降。
四、改造效果
長時(shí)間運(yùn)行表明，變頻調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行可靠、響應(yīng)速度快、節(jié)能環(huán)保、調(diào)速穩(wěn)定、故障率低，是起升機(jī)構(gòu)理想的控制裝置，完全達(dá)到了改造目標(biāo)。
在AFE產(chǎn)品基礎(chǔ)上自主集成的橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)為國內(nèi)首創(chuàng)，技術(shù)性能與西門子成套產(chǎn)品相同，但裝置成本明顯降低，調(diào)試和現(xiàn)場服務(wù)的費(fèi)用更低，能為系統(tǒng)的正常運(yùn)行和維護(hù)提供技術(shù)支持。
改造后的變頻調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能效果明顯，1臺160kW電機(jī)主鉤，以1年330d、每天工作16h計(jì)算，能節(jié)電40萬kW.h，節(jié)省電費(fèi)超過25萬元。
：鞏經(jīng)理
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