变频器在水电站门式起重机中的应用

    水电站门式起重机（简称门机），在水电工程上统称为闸门启闭机，分为坝顶门机与尾水门机两种。坝顶门机担负着底孔工作闸门、底孔事故检修闸门、深孔事故闸门、工业取水口闸门和拦污栅的起吊工作。尾水门机主要用于起吊水轮机尾水口的闸门。

    主起升机构是坝顶门式起重机的核心部分，它性能的好坏直接影响着各个闸门准确平稳的开启与闭合，对水电站的安全运行和河流的防汛泄洪都起着重要的作用。

    传统的门机主起升机构采用绕线转子电动机串电阻启动、制动，这种系统无法实现低速长期运行，既无法准确停车，又无法实现自动抓梁与闸门的快速、准确连接，空钩时不能升速运行。为了解决这些问题，在门机起升机构上采用变频调速控制系统。

    1．变频器及制动单元的选择

   (1)变频器的选择。起升机构平均启动转矩通常为额定转矩值的1.3~1.6倍，考虑到电源电压波动及需要通过125%超载试验要求等因素，其最大转矩必须是负载转矩的1.8~ 2.0倍，以确保安全使用。

    由于各厂家生产的变频器过载能力各不相同，且在高原地区还应考虑海拔高度对电动机及变频器的影响，变频器容量应按下式进行计算

   (10-4)

式中  η-电动机效率；

   Gt-总起升质量，t；

   nN-额定起升速度，m/min；

   cosφ-电动机的功率因数；

   PCN-变频器容量，kVA；

    ηm-机械效率；

   Ps-起升机构所需的净功率；

   k2-变频器过载系数。

    在变频器功率确定的基础上，还必须做电流验证

   (10-5)

式中  ICN-变频器额定输出电流，A；

   IM-电动机额定电流，A；

   k1-裕量系数，k1=1.1。

    如果按所用电动机功率选择变频器，则可能由于电动机容量过剩而造成变频器容量过剩，因而造成不必要的浪费。实验证明，按上述公式选择的变频器，经过100%、125%的负载试验，完全可以满足起升机构的要求。

   (2)制动单元及制动电阻的选择。惯性系统在减速或起升机构下降时，电动机转速高于变频器输出频率所对应的同步转速，这时电动机处于发电反馈运行状态，变频器直流回路的电容因充电而使电压升高。当电压超过一定值，通过制动单元接通制动电阻，将过剩的电能转化为热能消耗到制动电阻上。

    起重机械在做下降运动时，位能负载将拖动电动机反转，这时，传动机构参与制动。制动时的最大制动转矩

    (10-6)

最大制动功率

   (10-7)

式中  ∑GD²-拖动系统的飞轮力矩之和（包括负载、电动机等），N·m²；

   ts-制动时间，s；

   TL-负载转矩，N·m;

   n1-起始速度，r/min；

   n2-制动后的速度，r/min。

    制动电阻按下式计算

   R=U2/PB    (10-8)

式中  U-直流回路的电压。