[发明专利]一种港口桥式起重机能量回馈系统的设计方法

摘要

本发明提供一种港口桥式起重机能量回馈系统的设计方法，包括：港口桥式起重机起升电机拖动测试系统设计、仿真及实验测试分析以及结论。本发明针对港口起重机械位能性负载特性，通过分析电机的控制原理及状态方程，建立了基于PLC和安川变频器的起升电机拖动测试系统，通过基于转差频率控制的控制策略，进行了模型的仿真与实验分析，从而验证了变频调速控制系统具有较大的节能空间，为港口起重机械的节能提供了理论和实验基础。

主权项

1.一种港口桥式起重机能量回馈系统的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)港口桥式起重机起升电机拖动测试系统设计(1‑1)港口桥式起重机起升机构模拟测试系统设计模拟港口起重机械操作控制系统进行整体设计，是以PLC为控制核心的现场总线控制系统，主要包括PLC、负载控制器、变频器、能量回馈储能单元、上位监控单元、电机模拟装置平台，所述电机模拟装置平台包括通过联轴器连接的起升电机和负载电机，所述负载电机的力矩通过转矩控制器进行调节，起升电机上的光电编码器为测速单元，转矩传感器为扭矩测量单元，通过触摸屏显示转矩和转速，所述触摸屏通过信号转换电路为PLC提供反馈量，其中，所述PLC为PROFIBUS‑DP的主站，分别与上位监控单元、变频器和负载控制器通信连接，用于数据处理、向变频器和负载控制器发送指令；所述变频器为PROFIBUS‑DP的从站，与起升电机控制连接，通过PROFIBUS‑DP总线接收PLC发送的指令，完成对起升电机的控制并将指令所需运行参数反馈至PLC；所述负载控制器为PROFIBUS‑DP的从站，与负载电机控制连接，通过PROFIBUS‑DP总线接收PLC发送的指令，完成对负载电机的控制并将指令所需运行参数反馈至PLC；所述能量回馈储能单元与变频器相连；所述模拟测试系统的前侧安装联动操作台；(1‑2)基于转差频率的起升电机矢量变频控制策略分析采用通过基于转差频率的矢量变频控制策略，建立基于转差频率的起升电机矢量变频控制框图，通过港口桥式起重机起升电机系统控制原理分析，通过给定转速、给定励磁电流进行闭环控制，并通过编码器检测电机转子速度来进行双闭环调节控制；(2)仿真及实验测试分析(2‑1)起重机起升拖动系统转差频率控制仿真分析在测试平台上选定港口桥式起重机起升电机拖动系统相关参数如下：①电机基本参数为：额定电压UN＝380V，工频频率为50Hz，PN＝37kw，极对数为2，额定转矩TN＝235N·m，定子电阻Rs＝0.435Ω，转子电阻Rr＝0.816Ω，定子电感和转子电感相等即有Ls＝Lr＝0.071H，互感为Lm＝0.069H，转动惯量系数为Je＝0.19kg·m2；②港口桥式起重机拖动系统参数：起升电机运行速度为v_L＝17m/min，起升电机卷筒直径D＝0.5m，j₁＝11，j₂＝10，j_r＝3，j_L＝2，η₁＝η₂＝η_r＝η_L＝0.95，忽略摩擦引起的损耗，其中吊钩的质量为m_dg＝500kg，起重机的最大起升负载重量为m＝50×10³kg，其中电机给定转子转速为n^*＝800r/min，给定励磁电流在基于控制策略的基础上，建立仿真模型和基于转差频率控制的起升电机速度及电磁转矩曲线图，仿真显示了港口桥式起重机电机拖动系统电机转速及电磁转矩的动态响应情况，通过控制调节使得电磁转矩接近于负载转矩，该策略显示动态响应速度较快，超调量较小，达到起重机起升电机的控制要求；(2‑2)超重负载变化情况分析通过测试平台模拟不同负载下的直接起动和变频起动所消耗的时间及消耗的能量得到测试数据，包括不同起动方式下起动时间对比分析和不同起动方式下能量消耗对比分析。(3)结论针对港口起重机位能性负载特性，通过分析电机的控制原理及状态方程，建立基于PLC和变频器的起升电机拖动测试系统，通过基于转差频率控制的控制策略，进行了模型的仿真与实验分析，从而验证了变频调速控制系统具有较大的节能空间，为港口起重机械的节能提供了理论和实验基础。