Aplicación del variador de frecuencia de la serie CHV190 de INVT en la grúa portal

1.Introducción

Con la mejora continua de los requisitos de producción industrial para el función de la regulación de la velocidad de la grúa, las deficiencias comunes de los métodos tradicionales de regulación de la velocidad de la grúa, como la regulación de la velocidad de resistencia de la cadena del rotor asíncrono del rotor bobinado, la velocidad de regulación de la tensión del estator del tiristor y la regulación de la velocidad en cascada, son defectos comunes. Los motores asíncronos de rotor bobinado tienen anillos colectores y escobillas, que requieren un mantenimiento regular. Las fallas causadas por anillos colectores y escobillas son más comunes. Además, el uso de una gran cantidad de relés y contactores resulta en una gran cantidad de mantenimiento en el sitio. La tasa de falla del sistema de control de velocidad es alta y los indicadores técnicos integrales del sistema de control de velocidad son pobres, lo que ya no puede cumplir con los requisitos especiales de la producción industrial.

La amplia aplicación de la tecnología de regulación de velocidad de frecuencia variable de AC en el mundo industrial proporciona una nueva solución para la regulación de velocidad a gran escala y de alta calidad de grúas accionadas por motor asíncrono de AC. Tiene un índice de regulación de velocidad de alto rendimiento, puede usar un motor asíncrono de jaula de ardilla con estructura simple, trabajo confiable y fácil mantenimiento, y es altamente eficiente y ahorra energía. Su lazo de control periférico es simple, la carga de trabajo de mantenimiento es pequeña, la función de protección y monitoreo es perfecta, y la confiabilidad operativa es relativamente alta. El sistema tradicional de regulación de velocidad de AC se ha mejorado considerablemente. Por lo tanto, el uso de la regulación de velocidad de conversión de frecuencia de AC es la corriente principal del desarrollo de la tecnología de regulación de velocidad de AC de grúa.

Después de aplicar la tecnología de regulación de velocidad de frecuencia variable de AC a la grúa, la relación con el sistema convencional de regulación de velocidad de resistencia de la cadena del rotor del motor del variador de frecuencia de bobinado ampliamente utilizado en el mercado puede traer los siguientes beneficios significativos:

(1) La grúa que adopta la tecnología de regulación de velocidad de frecuencia variable de AC tiene las características mecánicas del motor accionado por el variador, que tiene la ventaja de un posicionamiento preciso. No tendrá el fenómeno de que la velocidad del motor cambiará cuando cambie la carga de la grúa tradicional , que puede aumentar la aceleración de las operaciones de carga y descarga;

(2) La grúa de frecuencia variable funciona suavemente, arranca lentamente, frena suavemente, aumenta y disminuye durante la operación, la vibración y el impacto de toda la máquina son obvios, la seguridad mejora y la vida útil de la parte mecánica de la grúa se extiende;

（3）El freno mecánico funciona a baja velocidad del motor eléctrico. El frenado del gancho principal y los automóviles grandes y pequeños se completa con el frenado eléctrico, por lo que la vida útil de las pastillas del freno mecánico se prolonga considerablemente y el costo de mantenimiento esta reducido;

(4) El motor de variador de frecuencia de jaula de ardilla con estructura simple y alta confiabilidad se utiliza para reemplazar el motor asíncrono del rotor enrollado, lo que evita que la falla del motor se dañe o no pueda arrancar debido al mal contacto causado por el anillo deslizante, el desgaste del cepillo o corrosión;

(5) El número de contactores de AC se ha reducido considerablemente y se ha realizado el control de no alineación del lazo principal del motor, evitando el desgaste debido al desplazamiento del contacto del contactor y el daño del motor debido al desgaste del contacto del contactor;

( 6 ) El sistema de control de velocidad de frecuencia variable de AC puede ajustar de manera flexible la velocidad y el tiempo de aceleración / desaceleración de cada marcha de acuerdo con las condiciones del sitio, de modo que la grúa de frecuencia variable sea flexible en operación y tenga buena adaptabilidad del sitio;

( 7 ) El sistema de control de velocidad de frecuencia variable de AC es un sistema de control de velocidad de alta eficiencia con alta eficiencia operativa y baja atenuación de calor, por lo que ahorra mucha energía que el sistema de control de velocidad tradicional;

(8) El variador de frecuencia  tiene funciones perfectas de protección, monitoreo y autodiagnóstico. Si se combina con el control PLC, puede mejorar en gran medida la confiabilidad del sistema de control electrónico de la grúa del variador de frecuencia.

2.1 Breve introducción de las funciones principales
El variador de frecuencia especial de la serie CHV190 para grúas es un variador de frecuencia vectorial a gran escala diseñado por INVT para aplicaciones profesionales en la industria de elevación. Se utiliza para la comunicación de varios tipos de grúas, como elevación, cabeceo, abatimiento, carro, carretilla, giro y agarre. Las principales funciones y características son las siguientes:

● Control y supervisión de la lógica del freno, preexcitación y compensación de pre-par de arranque.
La función de preexcitación implementa automáticamente la excitación de CC del motor antes de arrancar para garantizar que el motor proporcione rápidamente el par de arranque. Al ajustar el tiempo de excitación, el arranque del motor se corresponde con el tiempo de liberación del freno mecánico para evitar el "deslizamiento".

● Velocidad de carga ligera (gancho auxiliar electrónico) y detección de cuerda suelta
La grúa logra una operación de doble velocidad cuando la grúa está vacía o con poca carga, lo que mejora la eficiencia de carga y descarga.La función de aceleración de carga ligera está dirigida principalmente a grúas con una altura de penetración: cuando el mecanismo de elevación funciona sin carga , la velocidad aumenta automáticamente para acortar el tiempo de aumento del convertidor de frecuencia. El valor de corriente promedio dentro del convertidor de frecuencia se utiliza para determinar el tamaño de la carga: cuando la carga es pesada, el variador de frecuencia reducirá automáticamente la frecuencia de salida; cuando la carga es ligero, el variador de frecuencia  aumentará automáticamente la frecuencia de salida. La función de detección de cable flojo evita la operación insegura provocada por el mal funcionamiento de la función de aceleración de carga ligera cuando el cable de la grúa está flojo;

● La alimentación del lazo de control y la alimentación del lazo principal se pueden controlar por separado, lo que mejora la seguridad durante la depuración del usuario y facilita el diagnóstico y mantenimiento de fallas.

● Control de equilibrio maestro-esclavo y tecnología de sincronización de velocidad
Cuando dos motores de alta potencia impulsan un mecanismo de elevación a través de una conexión rígida de la caja de reducción, la función de equilibrio de potencia de control maestro-esclavo asegura que los dos motores se emitan de manera uniforme; cuando el mecanismo de elevación doble levanta un peso, la velocidad de control maestro-esclavo La función de sincronización garantiza los dos mecanismos de elevación están sincronizados para garantizar la seguridad.

● Control del segundo motor y función de conmutación
Un variador de frecuencia puede almacenar automáticamente dos parámetros del motor a través del autoaprendizaje de parámetros y lograr un control vectorial de alta función del variador de frecuencia mediante el cambio de instrucciones. El control del sistema de accionamiento eléctrico reduce los costos del usuario.

● Admite PROFIBUS-DP y MODBUS, los acuerdos de comunicación múltiple de INTERNET al mismo tiempo pueden realizar la conexión de comunicación entre múltiples variador de frecuencia es y PLC.

● Control de velocidad peligroso, parada rápida y protección contra sobrevelocidad
El variador de frecuencia monitorea la velocidad de funcionamiento del motor en tiempo real. Cuando la velocidad del motor es mayor que la velocidad máxima permitida o el valor de desviación de velocidad del valor establecido, el variador de frecuencia emite una alarma de falla e inmediatamente detiene la salida. El freno mecánico actúa para que mantenga la grúa en un estado seguro.

La función de parada rápida proporciona a los usuarios tres opciones para elegir:
Método 1: estacionamiento de freno eléctrico;
Método 2: frenado eléctrico más frenado mecánico;
Método 3: detenerse por frenado mecánico.

● Modo de funcionamiento de la grúa
De acuerdo con los diferentes modos de operación de la grúa, el usuario cuenta con las siguientes opciones de modo de operación: modo de joystick, modo de control remoto, modo de potenciómetro eléctrico, modo jerárquico de joystick dado, modo jerárquico de control remoto, modo de comunicación, etc.

2.2 Aplicación
El variador de frecuencia vectorial de la serie CHV190 para grúas tiene un excelente rendimiento de control de torque y es ampliamente aplicable a grúas de contenedores en tierra (STS), grúas de pórtico para contenedores ferroviarios (RMG), grúas de pórtico para contenedores de neumáticos (RTG), grúas de portal y construcción naval. Varios tipos de maquinaria portuaria, como grúas de pórtico, cargadores de buques, descargadores de buques, dumpers, apiladores y recuperadores, así como varios tipos de puentes, portales, grúas torre y grúas de vigas, grúas puente y otra maquinaria de elevación ordinaria La regulación de velocidad continua de elevación, desbaste, carro, carro, columpio, agarre y otros mecanismos.

3. Diseño de esquema

3.1 Circuito principal del variador de frecuencia
El variador de frecuencia del mecanismo de elevación de la grúa pórtico adopta el modo de control vectorial. Utilizan algunas constantes del motor accionado, y la adquisición de datos se completa mediante el programa de autodetección de parámetros del variador de frecuencia. Si el cableado del motor se selecciona de acuerdo con del calentamiento del cable, la impedancia de línea debe agregarse a los datos del motor detectados por el parámetro cuando la alimentación se suministra a larga distancia, lo que hará que la precisión de control del variador de frecuencia  disminuya, lo que no cumplirá con los requisitos de diseño. Además, si la distancia de colocación entre el variador de frecuencia  y el motor es larga, la caída de voltaje de la línea es grande y, a veces, el par motor es insuficiente. Especialmente cuando la frecuencia de salida del variador de frecuencia es baja, su voltaje de salida también es bajo, y la proporción de caída de tensión de línea aumenta. La caída de tensión entre el variador de frecuencia y el motor no debe exceder el 2% de la tensión nominal. La sección transversal del cable del motor puede ser s elegido en consecuencia.Debido a la presencia de capacitancia parásita en el cableado de salida del variador de frecuencia, su capacidad es proporcional a la longitud del cable del motor. Cuanto mayor sea la capacitancia parásita del cable del motor, mayor será la corriente de fuga en el cable de salida del variador de frecuencia utilizando El método de control PWM. La salida del variador de frecuencia no es suficiente. Por lo tanto, en el diseño de cableado de la grúa portal, la longitud total del cable desde el variador de frecuencia hasta el motor debe reducirse.

3.2 lazo de control
La señal de control del variador de frecuencia es una señal de voltaje y corriente débil. Por lo tanto, a diferencia del lazo principal, el circuito de salida del variador de frecuencia es una fuente de fuerte interferencia electromagnética. Por lo tanto, el cableado del circuito de control del variador de frecuencia no debe estar en el mismo cableado como el circuito principal del variador de frecuencia. Coloque en una tubería de hierro o el mismo conducto de cableado. Para mejorar aún más el efecto anti-interferencia, también se debe utilizar un cable blindado aislado de 1.0 mm2. La conexión a tierra del cable blindado aislado debe ser conectado a tierra en un solo punto en el lado del variador de frecuencia. Utilice un terminal de tierra dedicado y no lo comparta con otros terminales de tierra. La magnitud de la interferencia electromagnética es proporcional a la longitud del cable, por lo que debe colocarse lo más corto posible. En el caso de una interferencia electromagnética grave, además de tomar medidas como la conexión a tierra y el blindaje, también se puede instalar un filtro de datos en la línea de señal de control del variador de frecuencia para que se vuelva rojo uce el impacto del voltaje de interferencia.

3.3 Tratamiento de energía regenerativa.
Cuando se utiliza un mecanismo de elevación impulsado por un variador de frecuencia para arrastrar hacia abajo una carga posicional o un mecanismo de desplazamiento se desacelera y funciona a favor del viento, el motor asíncrono estará en un estado de generación de energía regenerativa. Seis diodos de retroalimentación en el variador de frecuencia convierten la energía mecánica del mecanismo de transmisión a la energía eléctrica y la retroalimenta al circuito intermedio de CC, lo que hace que aumente el voltaje a través del condensador de almacenamiento de energía. Si no se toman las medidas necesarias, el variador de frecuencia se disparará por sobrevoltaje cuando el voltaje del condensador del enlace de CC aumente Valor límite de protección.

En el variador de frecuencia de ingeniería de alto rendimiento, existen dos esquemas para el tratamiento de la energía regenerativa continua:
(1)Se establece una resistencia en el circuito intermedio de CC para permitir que se consuma energía regenerativa continua en forma de calor a través de la resistencia.Este método se llama frenado dinámico;
(2)El método del rectificador regenerativo se utiliza para enviar energía regenerativa continua a la red. Este método se llama frenado de retroalimentación. Los parámetros específicos de la unidad de frenado de consumo de energía tipo DBU y la unidad de retroalimentación de energía tipo RBU introducidos por INVT pueden ser encontrado en el manual de instrucciones.

4. Aplicación del variador de frecuencia especial de grúa CHV190 en grúa portal de 25t-35m

(1) Capacidad de elevación nominal: 40T a 25m debajo del gancho; 25T en agarre;
(2) Altura de elevación: 20 m por encima del riel de agarre; 15 m por debajo del riel; 28 m por encima del riel de gancho; 15 m por debajo del riel;
(3) Amplitud: máximo 35 m, mínimo 10 m;
(4) Velocidad de funcionamiento del mecanismo de trabajo- Velocidad de elevación: gancho clasificado 25m / min;
agarre clasificado 50m / min;
sin carga 60m / min;
- Velocidad de rotación: 0.8 (amplitud 30-35m) /1.2 (amplitud 10-30m) rpm;
- Velocidad promedio de cambio de amplitud: 45 m / min;
- Velocidad de marcha: 25 m / min;
(5)Fuente de alimentación: trifásica 380V, 50Hz
(6)Nivel de trabajo de toda la máquina: A8

4.2 Diagrama unifilar de accionamiento eléctrico

4.2.1Mecanismo de elevación
El mecanismo de elevación de la grúa pórtico de gancho MC 40T está compuesto por un soporte y un mecanismo de cierre. Ambos mecanismos son accionados por un motor de frecuencia variable de 160KW y el control de velocidad es un control vectorial de lazo cerrado con un codificador. El variador de frecuencia especial CHV190-220G de la compañía INVT se utiliza para la grúa. -4; la unidad de frenado es DBU-315-4, resistencia de frenado: 2Ω80KW; es un modo de regulación de velocidad continua con engranaje, adopta el control de bus de campo Profibus-DP y tiene un modo de aceleración y desaceleración de curva S para garantizar el proceso de elevación de objetos pesados Estabilidad.

4.2.2Mecanismo de cabeceo
El mecanismo de cabeceo es impulsado por un motor de frecuencia variable de 132KW, y la velocidad es controlada por un control vectorial de lazo cerrado con un codificador. Adopta el variador de frecuencia especial CHV190-185G-4 para grúas de la compañía INVT; la unidad de frenado es DBU-315-4, y la resistencia de frenado: 2Ω60KW; Pertenece al modo de regulación de velocidad continua del engranaje, adopta el control de bus de campo Profibus-DP y tiene un modo de aceleración y desaceleración de curva S incorporado para garantizar la estabilidad del mecanismo de elevación durante el proceso de cambio de amplitud.

4.2.3Estructura de carro
El mecanismo de operación del carro es impulsado por cuatro motores de conversión de frecuencia de 11KW. Comparte un variador de frecuencia con el mecanismo de soporte y se controla por separado al cambiar. Cuando un grupo de motores necesita controlar la operación, el variador de frecuencia cambia automáticamente a los parámetros del grupo de motores correspondiente después de recibir la señal de conversión.

4.2.4Mecanismo rotativo
El mecanismo de rotación es accionado por dos motores de conversión de frecuencia de 30KW, la regulación de velocidad es un control vectorial de lazo abierto y se utiliza el variador de frecuencia invertido CHV190-110G-4 de INVT; la unidad de frenado es DBU-220-4, la resistencia de frenado: 4Ω20KW; El modo de regulación de velocidad continua adopta el control del bus de campo Profibus-DP, y el modo incorporado de aceleración y desaceleración de la curva S garantiza el frenado suave y el funcionamiento estable de la gran carga de inercia del mecanismo giratorio.

4.3 Ventajas del sistema
● Control lógico de frenado confiable, y el tiempo de frenado se puede ajustar al mismo tiempo, al tiempo que garantiza que el gancho no se deslice, también evita la gran corriente de impacto del motor.
● Control vectorial de lazo cerrado de alto rendimiento, que puede generar el 180% del par nominal de hasta 10S a velocidad cero. Mayor fiabilidad del sistema.
● La maquinaria de elevación adopta la función de aceleración de carga ligera (gancho auxiliar electrónico). Al levantar objetos pesados, corre entre 0-50 HZ, y el gancho vacío puede realizar la operación entre 0-100 HZ para mejorar la eficiencia del trabajo;
● El proceso de ajuste, aceleración y desaceleración de velocidad de pasos múltiples o analógicos se ajusta al modo de curva S, lo que aumenta la estabilidad del trabajo y reduce el impacto mecánico. Extiende la vida útil del equipo.
●Después de conectar varios motores en paralelo, el inversor reconoce automáticamente los parámetros y establece un modelo matemático efectivo; la precisión del control es muy alta.
● El convertidor de frecuencia individual conmuta y controla 2 juegos de motores, reconoce y almacena automáticamente dos juegos de parámetros del motor y puede lograr un control de alto rendimiento. Redujo el costo de la máquina, mejoró enormemente la competitividad de la máquina.
● Compensación de par ajustable para lograr un control preciso.

5.Conclusión
Con el desarrollo continuo y la mejora de la tecnología electrónica de potencia, la tecnología de regulación de velocidad de conversión de frecuencia de CA ha demostrado cada vez más un excelente control y rendimiento de regulación de velocidad, alta eficiencia, fácil mantenimiento, etc., y su precio continúa disminuyendo, por lo que es esquema de control de velocidad de una grúa preferida. Sin embargo, para aplicar con éxito el variador de frecuencia a la regulación de velocidad de la grúa, es necesario calcular y seleccionar el variador de frecuencia y sus accesorios periféricos de acuerdo con las características de la grúa, y tomar medidas técnicas especiales durante la instalación y el cableado para garantizar la regulación de la velocidad de conversión de frecuencia La grúa funciona de manera segura y confiable.

Referencias:
[1] Manual de operación delvariador de frecuencia CHV190 [Z]. 2009
[2]Han Anrong. Variador de frecuencia general y su aplicación [M]. Machinery Industry Press. 2000
[3]Duan Suzhen. Aplicación de la tecnología de regulación de velocidad de conversión de frecuencia AC en grúas pórtico ［J］. Electric Drive.2005.1 Duan Suzhen. Método de frenado eléctrico de regulación de velocidad de conversión de frecuencia de CA [J]. Aparatos eléctricos de máquina herramienta. 2004.3.