專利名稱：一種電動葫蘆停機時防止溜鉤的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動葫蘆的控制方法，尤其涉及一種錐形電機驅(qū)動的電動葫蘆停機時防止溜鉤的控制方法。
背景技術(shù)：
隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，變頻器以其節(jié)能高效的特點被逐漸應(yīng)用到起重設(shè)備，其中有較為典型的起重用電動葫蘆。電動葫蘆結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用廣泛，現(xiàn)有的電動葫蘆大多采用結(jié)構(gòu)特殊的錐形電動機。 錐形電動機的特點是集動力與制動力于一體，電動機的定子鐵心內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子鐵心外圓設(shè)計為圓錐面，電磁抱閘制動器即為電動機風(fēng)扇內(nèi)圓上的制動環(huán)，位于電動機軸的一端，電動機通電時作用在轉(zhuǎn)子上的軸向電磁力使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生位移，使電動機風(fēng)扇內(nèi)圓上的制動環(huán)與電動機后端蓋上的制動面脫離，同時徑向電磁力使電動機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，輸出機械轉(zhuǎn)矩，電動機為旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，當電動機斷電，且軸向電磁力減小為很小值，風(fēng)扇上的制動環(huán)在彈簧力的作用下緊貼后端蓋剎車面，產(chǎn)生制動力矩，使電動機迅速制動。電動機升降運行過程中必須先打開其電磁抱閘制動器，在電動葫蘆控制重物上升和下降時，要求電磁抱閘制動器和電動機的動作之間必須緊密協(xié)調(diào)配合。電磁抱閘制動器是根據(jù)錐形電機中定、轉(zhuǎn)子之間的電磁力與制動器彈簧力之間的共同作用來完成抱閘動作和打開抱閘動作的，而電動機斷電后，一方面， 斷電瞬間電機中存在剩磁；另一方面，定子中的電流會沿逆變橋中的續(xù)流二極管續(xù)流，其會隨電機的選擇產(chǎn)生一定的激磁作用。因此電機中定、轉(zhuǎn)子之間的電磁力不會立刻消失，而是按一定的時間常數(shù)逐漸衰減，這勢必會阻礙制動器的抱間動作，從而導(dǎo)致溜鉤現(xiàn)象。溜鉤現(xiàn)象非但降低了重物在空中定位的準確性，有時還會產(chǎn)生嚴重的安全問題，因此對于變頻器在錐形電機電葫蘆的應(yīng)用中防溜鉤是一個關(guān)鍵的問題。在起重行業(yè)中，溜鉤現(xiàn)象是普遍存在的，根據(jù)標準JB/T9008. 1-2004中的5. 1. 2. 6的規(guī)定中對溜鉤現(xiàn)象量化的要求為在額定載荷下，制動下滑量應(yīng)不大于ν/100 (ν為額定載荷下Imin內(nèi)穩(wěn)定起升的距離)，且不大于 200mm。因此必須根據(jù)錐形電機電動葫蘆的應(yīng)用特點進行嚴密合理控制，滿足或高于電葫蘆起重運行的行業(yè)要求，保證電機運行的安全可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種實現(xiàn)方便有效且安全可靠性高的電動葫蘆停機時防止溜鉤的控制方法，在不增加硬件成本的前提下，使電動葫蘆的安全性滿足要求。具體而言，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題
一種電動葫蘆停機時防止溜鉤的控制方法，所述電動葫蘆由錐形電機驅(qū)動，所述錐形電機的控制系統(tǒng)為包括逆變單元和控制單元的變頻器，所述控制單元包括磁鏈控制器和轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)矩電流控制器；所述錐形電機還包括電磁抱間裝置，其特征在于，在控制單元控制逆變單元停止輸出從而使錐形電機斷電前，所述控制單元控制逆變單元對錐形電機進行消磁處理，使所述錐形電機中的剩磁衰減到其不能阻礙錐形電機中電磁抱間裝置的動作。優(yōu)選地，所述消磁處理通過以下方法實現(xiàn)將所述磁鏈控制器的控制目標值切換為一預(yù)設(shè)的常數(shù)值K，當磁鏈達到該目標值時，錐形電機中的剩磁不足以阻礙電磁抱閘裝置的動作；磁鏈控制器以常數(shù)K為控制目標繼續(xù)對逆變器進行控制。進一步地，所述磁鏈控制器為定子磁鏈控制器、轉(zhuǎn)子磁鏈控制器或者氣隙磁鏈控制器，分別通過控制錐形電機的定子磁鏈、轉(zhuǎn)子磁鏈或者氣隙磁鏈實現(xiàn)所述消磁處理。進一步地，所述消磁處理過程中，將轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)矩電流控制器的控制目標值切換為一定值，轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)矩電流控制器以該定值為控制目標繼續(xù)對逆變器進行控制。進一步地，在磁鏈控制器的控制目標值K達到后，再經(jīng)過一段延時，磁鏈控制器以 K為目標值進行控制的時間與所述延時之和為一預(yù)先設(shè)定的定值T ；經(jīng)過時間T后，控制器控制逆變橋停止輸出。本發(fā)明通過在控制器控制錐形電機斷電前，控制逆變器對錐形電機進行消磁處理，使所述錐形電機中的剩磁迅速衰減到其不能阻礙錐形電機中電磁抱閘裝置的動作， 能夠有效防止電動葫蘆的溜鉤現(xiàn)象，提高了電動葫蘆使用中重物在空中定位的準確性，滿足了電葫蘆行業(yè)標準要求，提升了使用安全性。


圖1為本發(fā)明所述錐形電機電動葫蘆的控制拓撲結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明控制方法的原理示意圖3為采用現(xiàn)有控制方法的電動葫蘆停機時錐形電機定子電壓、定子電流的變化情
況；
圖4為采用本發(fā)明控制方法的電動葫蘆停機時錐形電機定子電壓、定子電流的變化情況。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明
本發(fā)明所述的電動葫蘆控制結(jié)構(gòu)如圖1所示，該電動葫蘆由錐形電機驅(qū)動，所述錐形電機的控制系統(tǒng)為包括具有逆變單元和控制單元的變頻器(圖中虛線框中部分)，所述控制單元包括磁鏈控制器和轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)矩電流控制器；所述錐形電機包括電磁抱間裝置。電網(wǎng)電源連接到變頻器上，由變頻器控制單元給出PWM脈沖信號控制變頻器逆變單元導(dǎo)通和關(guān)斷，變頻器逆變單元輸出的控制電壓控制錐形電機電動葫蘆電源電壓。變頻器要通過封鎖 PWM脈沖實現(xiàn)對錐形電機電動葫蘆進行斷電控制。錐形電機停機時，負載下溜過程中拖動電機旋轉(zhuǎn)時，由于其內(nèi)部還有剩余磁鏈，而錐形電機的抱閘裝置動作要克服了該剩余磁鏈產(chǎn)生的軸向磁場力才能產(chǎn)生抱閘動作。如果在停機時不加入消磁處理過程，則錐形電機停機時電機內(nèi)的剩余磁鏈為自然衰減狀態(tài)，需要較長時間才能衰減下來，進而該剩余磁鏈引起的軸向磁場力也需要較長時間才能衰減到不會阻礙錐形電機的抱閘裝置動作，從而使錐形電機吊起的負載反拖引起了溜鉤現(xiàn)象。由于電機定子側(cè)會由于剩磁作用而測量到感生電壓，因此可通過測量感生電壓的大小反映出電機內(nèi)磁感應(yīng)強度的強弱。
本發(fā)明的思路就是在變頻器封鎖PWM脈沖實現(xiàn)對錐形電機電動葫蘆進行斷電控制前，加入一個消磁階段，以使該錐形電機中的剩余磁鏈迅速衰減，進而使該剩余磁鏈產(chǎn)生的軸向磁力迅速衰減，從而達到迅速抱閘的目的。本具體實施方式
中采用以下方法實現(xiàn)上述消磁處理在控制單元控制逆變單元停止輸出從而使錐形電機斷電前，將磁鏈控制器的控制目標值切換為一預(yù)設(shè)的常數(shù)值K，當磁鏈達到該目標值時，錐形電機中的剩磁不足以阻礙電磁抱閘裝置的動作；磁鏈控制器以常數(shù)K為控制目標繼續(xù)對逆變器進行控制。優(yōu)選地，所述K的取值范圍為
。磁鏈控制器通常可分為定子磁鏈控制器、轉(zhuǎn)子磁鏈控制器以及氣隙磁鏈控制器這三種，分別對電機的定子磁鏈、轉(zhuǎn)子磁鏈或者氣隙磁鏈進行控制。這三種控制方式均適用于本發(fā)明的控制方法，即可分別通過控制定子磁鏈、轉(zhuǎn)子磁鏈或氣隙磁鏈的衰減來完成消磁過程。下面以轉(zhuǎn)子磁鏈控制器為例來對本發(fā)明的技術(shù)方案進行進一步說明。如圖2所示，C 側(cè)為磁鏈控制器給定值指令，D側(cè)為磁鏈正常運行設(shè)定值，E側(cè)為磁鏈給定值設(shè)置為常數(shù)值 K ；P側(cè)為轉(zhuǎn)矩電流控制器控制指令，M側(cè)為轉(zhuǎn)矩電流正常運行設(shè)定值，N側(cè)為轉(zhuǎn)矩電流給定值設(shè)置為0。當變頻器正常運行時，磁鏈給定值指令C側(cè)選通D側(cè)，磁鏈給定值取正常運行設(shè)定值；轉(zhuǎn)矩電流控制器控制指令P側(cè)選通M側(cè)，轉(zhuǎn)矩電流給定值取正常運行設(shè)定值(該值通常通過閉環(huán)控制給出)。在變頻器封鎖PWM脈沖前的消磁過程中，磁鏈控制器的磁鏈給定值指令C側(cè)選通E側(cè)，磁鏈給定值設(shè)置為K，這里K可以取為0-0. 3范圍的值，并利用PI控制器調(diào)節(jié)進行反饋控制，以使的錐形電機中的轉(zhuǎn)子磁鏈值向目標值K衰減；同時，轉(zhuǎn)矩電流控制器控制指令P側(cè)選通N側(cè)，轉(zhuǎn)矩電流給定值設(shè)置為0，并利用PI控制器調(diào)節(jié)進行反饋控制，以使的錐形電機中的轉(zhuǎn)矩電流迅速向0衰減。在磁鏈控制器的控制目標值K達到后，再經(jīng)過一段延時，磁鏈控制器以K為目標值進行控制的時間與所述延時之和為一預(yù)先設(shè)定的定值T，控制器封鎖PWM脈沖，完成停機動作，其中T的取值優(yōu)選Γ ΙΟ·.·。該消磁處理過程使錐形電機中的剩磁迅速減弱到其對錐形電機中抱閘裝置動作的阻礙作用非常微小，使錐形電機的電磁抱閘制動器迅速制動。由于停機前正常工作時的磁鏈為額定勵磁電流產(chǎn)生的額定磁鏈，所以停機前剩余磁鏈的初始值接近額定磁鏈值。進入消磁過程后，磁鏈的目標值被切換為一個很小的K值，該K值遠小于正常工作時的額定磁鏈值，即消磁過程中磁鏈目標值與反饋的電機內(nèi)剩余磁鏈值之間的誤差為負值。磁鏈目標值與反饋的電機內(nèi)剩余磁鏈值之間的誤差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器的比例、積分運算，將輸出為一個和現(xiàn)有的剩余磁鏈反向的勵磁電流指令。勵磁電流指令由變頻器的勵磁電流控制器，通過比例、積分運算，得到磁鏈軸的電壓指令。依據(jù)該磁鏈軸的電壓指令以及轉(zhuǎn)矩電流控制器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩軸電壓指令，產(chǎn)生變頻器的PWM控制脈沖信號并控制變頻器中的逆變單元，從而向錐形電機的定子輸出控制電壓，進而在錐形電機中產(chǎn)生與剩余磁鏈相反的消磁電流以迅速消弱電機內(nèi)的剩余磁鏈強度。由于錐形電機內(nèi)剩余磁鏈強度迅速減弱，錐形電機內(nèi)的磁場力也迅速減弱到很小的程度，錐形電機的抱閘裝置能克服磁場力及時進行抱閘動作，從而有效的減小了錐形電機吊重負載反拖引起的溜鉤。為了驗證本發(fā)明方法的有效性，進行了如下實驗。實驗采用5. 5kw變頻器驅(qū)動3 噸電動葫蘆中額定功率4. 5kW、額定電壓380V的錐形電機為實驗平臺，起升與下降高度為3米。本實驗對比了采用傳統(tǒng)控制方法和采用本發(fā)明控制方法的情況下，變頻器控制錐形電機驅(qū)動3噸重物以運行速度為5Hz的低速下降并停機時的溜鉤情況，即當電機吊著3噸重物以5Hz下降運行過程中，向變頻器發(fā)出自由停機指令，使變頻器接受自由停機指令時對錐形電機進行停機控制，并測量停機后的溜鉤距離。實驗結(jié)果為在未做消磁處理的停機控制時測量得到溜鉤距離值為11mm，不滿足電葫蘆行業(yè)標準所規(guī)定的溜鉤距離要求(即不能超過8mm)；而變頻器應(yīng)用本發(fā)明控制方法進行停機消磁處理控制后，測量得到溜鉤距離值為3mm。根據(jù)停機過程中電機定子電流、電壓的變化可解釋兩種控制方法的差異圖3為采用現(xiàn)有控制方法的電動葫蘆停機時錐形電機定子電壓、定子電流的變化情況，從圖中可看出，當變頻器封鎖PWM脈沖后，由于電機中剩磁的作用，電機的定子上還會檢測出由于電機鐵芯內(nèi)剩磁產(chǎn)生的磁場和電機慣性旋轉(zhuǎn)運動而引起的感生電壓，該感生電壓從封PWM脈沖時刻起，經(jīng)過T0=2M. 69ms的時間后才衰減到一個較小的水平，因此期間溜鉤較大。圖4為采用本發(fā)明控制方法的電動葫蘆停機時錐形電機定子電壓、定子電流的變化情況，在A光標線所示時刻接受封鎖PWM指令后進行消磁處理，A、B光標線之間時刻T=97. 5ms，B光標線所示時刻封鎖PWM脈沖，完成停機，通過圖可以看出電機定子上的電壓在T時刻內(nèi)迅速衰減為0，使得所述剩磁快速衰減到其不能阻礙錐形電機中抱間裝置動作。嚴格滿足電葫蘆安全運行可靠性要求，驗證了本發(fā)明控制方法的有效性和可靠性。
權(quán)利要求
1.一種電動葫蘆停機時防止溜鉤的控制方法，所述電動葫蘆由錐形電機驅(qū)動，所述錐形電機的控制系統(tǒng)為包括逆變單元和控制單元的變頻器，所述控制單元包括磁鏈控制器和轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)矩電流控制器；所述錐形電機還包括電磁抱間裝置，其特征在于，在控制單元控制逆變單元停止輸出從而使錐形電機斷電前，所述控制單元控制逆變單元對錐形電機進行消磁處理，使所述錐形電機中的剩磁衰減到其不能阻礙錐形電機中電磁抱閘裝置的動作。
2.如權(quán)利要求1所述電動葫蘆停機時防止溜鉤的控制方法，其特征在于，所述消磁處理通過以下方法實現(xiàn)將所述磁鏈控制器的控制目標值切換為一預(yù)設(shè)的常數(shù)值K，當磁鏈達到該目標值時，錐形電機中的剩磁不足以阻礙電磁抱閘裝置的動作；磁鏈控制器以常數(shù) K為控制目標繼續(xù)對逆變器進行控制。
3.如權(quán)利要求2所述電動葫蘆停機時防止溜鉤的控制方法，其特征在于，所述磁鏈控制器為定子磁鏈控制器、轉(zhuǎn)子磁鏈控制器或者氣隙磁鏈控制器。
4.如權(quán)利要求2所述電動葫蘆停機時防止溜鉤的控制方法，其特征在于，所述消磁處理過程中，將轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)矩電流控制器的控制目標值切換為一定值，轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)矩電流控制器以該定值為控制目標繼續(xù)對逆變器進行控制。
5.如權(quán)利要求4所述電動葫蘆停機時防止溜鉤的控制方法，其特征在于，所述定值為O0
6.如權(quán)利要求2所述電動葫蘆停機時防止溜鉤的控制方法，其特征在于，所述K的取值范圍為[o,co]。
7.如權(quán)利要求2所述電動葫蘆停機時防止溜鉤的控制方法，其特征在于，在磁鏈控制器的控制目標值K達到后，再經(jīng)過一段延時，磁鏈控制器以K為目標值進行控制的時間與所述延時之和為一預(yù)先設(shè)定的定值T ；經(jīng)過時間T后，控制器控制逆變橋停止輸出。
8.如權(quán)利要求7所述電動葫蘆停機時防止溜鉤的控制方法，其特征在于，T的取值范圍為 30iss <f <1000sss。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電動葫蘆停機時防止溜鉤的控制方法，所述電動葫蘆由錐形電機驅(qū)動，所述錐形電機的控制系統(tǒng)為包括逆變單元和控制單元的變頻器，所述控制單元包括磁鏈控制器和轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)矩電流控制器；所述錐形電機還包括電磁抱閘裝置，在控制單元控制逆變單元停止輸出從而使錐形電機斷電前，所述控制單元控制逆變單元對錐形電機進行消磁處理，使所述錐形電機中的剩磁衰減到其不能阻礙錐形電機中電磁抱閘裝置的動作。本發(fā)明的控制方法能使錐形電機中的剩磁迅速衰減到其不能阻礙錐形電機中電磁抱閘裝置的動作，能夠有效防止電動葫蘆的溜鉤現(xiàn)象，提高了電動葫蘆使用中重物在空中定位的準確性，滿足了電葫蘆行業(yè)標準要求，提升了使用安全性。
文檔編號B66D1/46GK102320532SQ20111016939
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月22日
發(fā)明者劉奕騁, 唐雪峰, 徐麗, 李志鵬, 潘振克, 王峰, 顧鳴剛 申請人:常熟開關(guān)制造有限公司(原常熟開關(guān)廠)