摘要：本文简单介绍了施耐德变频器ATV71在起重机械应用领域上的特点和优势，并结合工程案例，给出了具体的硬件设计方案和调试步骤。并罗列了常见的故障代码、可能原因及修复措施，为进一步发挥ATV71变频器在起重机械领域内的优势提供了基础。

1引言

南欧江六级水电站位于老挝人民民主共和国丰沙里省境内，为南欧江七级开发方案的第六级（自下而上），电站以发电为主，装机容量180MW。主厂房内一台套150t+150t/10t电动双梁桥式起重机主要用于3台立轴水轮发电机组及其附属设备的安装及检修。定转子采用平衡梁起吊，其余设备大部分采用钢丝绳起吊。发电机转子连轴约240t（不含平衡梁）将由双小车抬吊完成。

本桥机为双小车桥式起重机，本桥机的电气系统分为：供电系统、起升机构（分1#小车起升机构、2#小车起升机构）、小车运行机构（分1#小车运行机构、、2#小车运行机构）、大车运行机构、电动葫芦机构、信号监测系统、信号指示、照明接地系统等几个部分组成。其中两小车起升和小车机构技术参数完全一致。电气传动系统采用施耐德公司生产的变频器ATV71系列变频器，充分利用装置内置的机械抱闸逻辑来控制起升机构的抱闸，以防止溜钩现象的出现，省却了起升运用宏，但达到了变频器专用起重宏的作用。同时起升变频传动系统建立了闭环控制，通过增大闭环编码器的检测频率。确保起升机构在1:20调速比下能稳定运行。

2施耐德ATV71简介：

施耐德ATV71变频器自2005年登陆中国市场以来，凭借其优异的性能、灵活的选件而广泛运用于各行各业。尤其在电机控制性能方面，针对不同的使用场合开发了闭环矢量、开环电流矢量、开环电压矢量、V/F、同步电机五种控制算法。它在起重领域主要具有如下优势和特点：

1）抱闸逻辑控制

2）负载测量

3）高速提升（轻载升速）功能

4）客户定制加减速曲线

5）力矩控制

6）转矩均衡

7）停电情况下的紧急运行模式

8）报警和故障处理

9）带PTC探针的电机保护

10）大车纠偏

11）起升和小车同步

12）防摇控制

13）定位控制

3起升变频控制技术的运用

传统的起升机构调速系统主要是采用转子串电阻或涡流调速，其传动系统机械特性软，调速范围狭窄，整个系统速度的稳定性和调速精度较差；起制动不平稳，对整机钢结构冲击很大；尤其是空中起吊易发生溜钩现象，严重影响了起重机械的安全运行。为此，本桥机起升机构采用了施耐德ATV71变频器作为调速传动装置。具体方案如下：

桥机的起升机构(如图1所示）包括1#起升机构和2#起升机构，两机构分别由一台YZP315S-6-TH，90KW变频电机驱动，每台电机由一台ATV71HC13N4变频器拖动，为提高低速性能和系统可靠性，起升系统通过编码器HLE-1024L-3F.A构成闭环矢量控制系统，大大改善了变频器速度和力矩控制精度，调速精度可达±0.01%，为定转子平衡梁抬吊建立了基础。

图1起升机构布置图

起升速度：

重载（≥30t）：0.3~3.0m/min

轻载（＜30t）：0.3~6.0m/min。

起升机构采用主令控制器控制，有挡位无级调速方式，速度分为五挡，重载时上下各为10%、30%、50%、70%、100%额定速度，轻载时上下各为10%、50%、100%、150%、200%额定速度，轻、重载速度转换由荷重仪来自动判断，无需人工干预，其过渡过程平稳无冲击。抬吊时两起升机构构成了主从随动控制系统，两机构通过高度检测，主从纠偏，以确保两吊点差控制在50mm以内，保证了定转子平衡梁抬吊时的水平度。具体电气原理图如下图2所示：

图2起升电气控制原理图

4小车变频控制技术的运用

小车运行机构包括1#小车运行机构和2#小车运行机构，两机构分别由两台三合一DV100M42.2KW变频电机驱动，采用一台ATV71HU75N4变频器拖动，开环控制。

运行速度：1.2~12m/min，采用主令控制器控制，前后速度各为五挡，分别为10%、30%、50%、70%、100%额定速度。起动、停止平稳无冲击。抬吊时两小车运行机构由同一操作手柄给定运行及速度指令，同时两小车采用了刚性联结，确保两机构同步运行。其电气原理图如下图3所示：

图3小车电气控制原理图

5大车变频控制技术的运用

大车运行机构由四台三合一DV132S45.5KW变频电机驱动，采用一台ATV71HD30N4变频器拖动，开环控制。

运行速度：2~20m/min，采用主令控制器控制，左右速度各为五挡，分别为10%、30%、50%、70%、100%额定速度，起动、制动平稳无冲击。其电气原理图如下图4所示：

图4大车电气控制原理图

6系统调试（起升）

6.1首先检查各功率端子和控制端子一定要安装紧固；

1）动力直流母线端子PO--PA+之间的短接铜片一定要保持紧固；

2）控制端子的PWR--+24V之间的短接片一定要保持连接，否则变频器将显示状态PRA并且不能正常输出。

6.2可靠连接各保护地和屏蔽地。

以下以起升机构为例，阐述具体的调试步骤：

第一步设置提升应用宏

在简单起动菜单中，设置宏配置参数CFG=提升，这样它的很多设定包括端子分配被修改为适用于典型的提升控制，如端子分配：

LI1：上升；LI2：下降；LI3：故障复位（脉冲激活）；LI4：外部故障；LI5：未设置；LI6：未设置；R1：故障接点；R2：制动逻辑控制

注意：1）这里故障接点R1带有常开常闭接点R1A-R1C-R1B，其中R1C为公共点，接点状态：当变频器上电且没有故障时，R1A-R1C闭合，R1B-R1C断开；变频器出现故障或没有上电时，R1A-R1C断开，R1B-R1C闭合。使用这个接点进行故障报警或作为控制条件时要正确选择接点。

2）当设置为提升宏后，输出缺相保护激活并且不能修改，这样当不带电机进行试验时将受到一些影响。

第二步电机铭牌参数的输入与参数优化

在电机控制菜单中，我们需要输入以下电机铭牌参数，目的是为了让变频器识别电机的电气指标，以便实现最优控制。电机参数输入不正确会引起输出的不稳定，导致电机的剧烈振动，额外发热及变频器的损坏。

本机起升机构的电机参数如下：

1）额定功率：90KW

2）额定电压：380V

3）额定电流：182A

4）额定频率：50Hz

5）额定速度：735r/min

上述参数设定后，变频器将能够正确识别和控制电机。为了实现最佳控制，需执行电机参数自整定。注意：电机参数自整定只能在变频器可靠连接匹配的电机后才可以进行，如果不带电机或电机和变频器的规格不匹配就不能进行自整定。

自整定：将NO改为YES，变频器将向电机注入一定次序的电压和电流。可以在操作器上看到运行电流在变化，但电机不会转动，这一点施耐德和别的品牌不一样，它不需要将电机与负载脱开就可以进行自整定，这也是施耐德技高一筹的地方。

第三步设置抱闸控制逻辑

起升的速度给定为模拟量输入，不需要做速度给定的设定，变频器的速度给定系统会自动识别。接下来设置抱闸控制逻辑：

在1.7“应用功能”菜单中，找到“制动控制逻辑”功能，适当设置如下参数：

运动类型垂直升降

制动脉冲YES

刹车释放电流59A

刹车释放时间0.5秒（刹车放开需要的机械动作时间）

刹车释放频率2Hz（电机滑差频率）

抱闸频率2Hz（电机滑差频率）

刹车闭合动作延时0.1秒

刹车闭合动作时间0.5秒（刹车闭合需要的机械动作时间）

第四步在1.3“设置”菜单中设置：

加速时间3秒

减速时间3秒

低速频率5Hz（第一段速频率）

高速频率可能的最高频率

速度环比例增益40%

速度环积分时间100%

至此，变频器的设置基本完成。施耐德变频器的调试相对其他品牌要简单得多，具体设置的参数如下表一所示：

表一起升机构变频器参数设置表

7常见故障代码及处理

调试时难免会出现各式各样的问题,但必须保证在整个运行过程中，电流不超过变频器额定电流的150%,下表为试运行时常见的故障代码及修复措施:

8结束语

施耐德ATV71变频器应用在老挝南欧江六级水电站150t+150t双小车桥式起重机电气传动系统中，经调试：两吊点起制动非常平稳，钢结构冲击小，并能很好地控制机构抱闸系统，彻底解决了起升溜钩疑难问题，同时实现了两吊点的同步控制。该系统以其良好的稳定性、可靠性和安全性而深受用户好评。

作者简介

张煜明(1964-),男,教授级高级工程师,在水利部杭州机械设计研究所工作,主要从事起重机械电气传动与控制系统的设计与研究。