一种塔式起重机回转变频调速系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种塔式起重机回转变频调速系统，根据逆变器直流侧两个电容电压差经过设计的模糊控制器和逻辑合成模块得到三电平开关模块的优化驱动信号；不仅有效生成三电平电压，而且利用设计的控制逻辑有效解决电容桥臂的两个电容电压的平衡问题；同时，利用间接式矢量控制技术设计了专门控制单元以生成优化的六开关电压源型逆变器模块驱动信号。三电平开关模块的优化驱动信号和六开关电压源型逆变器模块驱动信号能够有效驱动八开关三电平电压源型逆变器为三相交流异步电机提供高效工作电压；保证塔式起重机回转控制的力矩稳态性能和控制的优异动态性能。矩稳态性能和控制的优异动态性能。矩稳态性能和控制的优异动态性能。

【技术实现步骤摘要】
一种塔式起重机回转变频调速系统


[0001]本技术属于塔式起重机控制
，具体涉及一种塔式起重机回转变频调速系统。

技术介绍

[0002]塔式起重机是一种常用的建筑用非连续工作的搬运机械系统。可以完成预制构件、钢架机构和工具等设备的吊装工作，多用于工业和民用建筑施工作业中。塔式起重机具有结构简单，可拆装，起重重量大、起升高度高和工作幅度大等特点。随着控制理论技术与计算机系统的发展，塔式起重机作业的自动化程度得到很大的提高，为了提高其工作性能，塔式起重机正朝着运行速度快、大型化、组合式的方向发展。
[0003]塔式起重机的运行机构主要包括有回转机构、变幅机构、起升机构等。其中，回转机构使重臂作360度的回转，实现重物做半径圆周运动；变幅机构改变吊钩在起重臂上的幅度，从而完成重物水平直线运动；起升机构用来实现重物的垂直升降运动。塔式起重机中的各机构既可独立工作，也可按需求协同配合，加快施工进度和提高工效。在这几个机构中，回转机构是塔式起重机最为重要的传动部件之一。
[0004]变频器是回转机构的核心驱动部件。由于变频技术是当今较为先进的交流调速控制方式，随着工程机械行业的发展，变频驱动系统在企业的相关产品上应用越来越广泛，例如塔式起重机、施工升降机、物料输送设备、纯电动环卫车、混合动力挖掘机等。它的优点是慢就位速度，可长时间运行，能够实现零速制动，运行平稳无冲击，延长了结构与传动部件的寿命，同时提高主机的安全性能。目前，传统的起重机调速系统的驱动方案和采用的塔式起重机电机控制调速策略均普遍存在着可靠性低、传动性能差、以及危险性较高和能耗高等不利因素。
[0005]为了解决传统塔式起重机回转系统的工作不稳定的问题，本技术从技术角度出发，提出了塔式起重机回转机构变频调速系统及其变频控制技术。该装置和技术可以有效改善电机工作性能，同时可以提高系统效率，降低损耗，提高塔式起重机的整体控制能力。

技术实现思路

[0006]本技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种塔式起重机回转变频调速系统，利用逆变器的三电平矢量输出能力实现了逆变器中点电压在平衡控制能力，具有稳定的力矩输出，保证塔式起重机具有优异回转性能，解决不同塔式起重机不同载荷情况下的装置回转控制能力。
[0007]本技术采用以下技术方案：
[0008]一种塔式起重机回转变频调速系统，包括八开关三电平电压源型逆变器，八开关三电平电压源型逆变器中设置的三个开关桥臂的中点分别连接三相交流异步电机的三个绕组端，三相交流异步电机经系统控制器与八开关三电平电压源型逆变器的控制端连接。
[0009]具体的，八开关三电平电压源型逆变器包括串联连接的六开关电压源型逆变器模块和三电平开关模块，六开关电压源型逆变器模块的两个公共端与三电平开关模块中二极管桥臂的首端和尾端连接，通过三电平开关模块为六开关电压源型逆变器模块提供三电平直流电压输入。
[0010]进一步的，六开关电压源型逆变器模块包括六个功率开关S1、S2、S3、S4、S5、S6，每个功率开关S1、S2、S3、S4、S5、S6分别并联一个反向二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6，功率开关S1和S2首尾串联组成第1开关桥臂，功率开关S3和S4首尾串联组成第2开关桥臂，功率开关S5和S6首尾串联组成第3开关桥臂；第1开关桥臂、第2开关桥臂和第3开关桥臂的首尾两端各自连接构成两个公共连接端，通过两个公共连接端分别连接三电平开关模块。
[0011]更进一步的，三电平开关模块包括电容桥臂和二极管桥臂，电容桥臂与直流电源Vdc并联连接，二极管桥臂与电容桥臂并联连接，电容桥臂的中点与二极管桥臂的中点连接；电容桥臂中点与二极管桥臂的首端之间连接功率开关S7，电容桥臂中点与二极管桥臂的尾端之间连接功率开关S8，功率开关S7和功率开关S8分别并联反向并联二极管D7和D8。
[0012]再进一步的，电容桥臂包括串联连接的电容C1和C2，二极管桥臂包括串联连接的二极管D9和D10。
[0013]具体的，系统控制器包括六开关电压源型逆变器模块控制单元和三电平开关模块控制单元；六开关电压源型逆变器模块控制单元采用间接式矢量控制方式，分别与八开关三电平电压源型逆变器中的六开关电压源型逆变器模块，以及三相交流异步电机连接，三电平开关模块控制单元与八开关三电平电压源型逆变器中的三电平开关模块连接，用于生成具有三个电平特征的电压。
[0014]进一步的，六开关电压源型逆变器模块控制单元包括转速测量模块和Clarke坐标变换模块，转速测量模块用于采集三相交流异步电机的电机实际检测转速W，转速测量模块经第一PI调节器、第二PI调节器和Park坐标逆转换模块与SVPWM子模块连接，Park坐标逆转换模块还连接有第三PI调节器；Clarke坐标变换模块用于采集三相交流异步电机的三相定子检测电流Isabc，Clarke坐标变换模块经Park坐标逆转换模块和磁链观测器分别与第二PI调节器和第三PI调节器连接。
[0015]进一步的，三电平开关模块控制单元包括模糊控制器，模糊控制器经逻辑合成单元与八开关三电平电压源型逆变器连接，模糊控制器用于接收八开关三电平电压源型逆变器中六开关电压源型逆变器模块内电容C1和C2的检测电压Vc1和Vc2，通过逻辑合成单元输出功率开关S7和S8的触发信号。
[0016]具体的，三相交流异步电机为鼠笼式三相星型定子绕组结构。
[0017]与现有技术相比，本技术至少具有以下有益效果：
[0018]一种塔式起重机回转变频调速系统，系统采用八开关三电平电压源型逆变器，同样的开关频率,三电平的电流开关纹波为2倍开关频率,这样可以减小逆变器的电感(电感值可以减小一半,电流基本不变,电感的体积减半),同样DC直流母排可以减小,高频电流纹波减小了。系统所设计的控制器在有效控制传统三电平电压源型逆变器的基础上,增加对电容桥臂中点电压的控制,可以有效解决系统大负载,高转速工作条件下的电容桥臂中点电压不平衡的问题。该控制系统可以进一步提高系统的控制精度和抑制高频谐波对于系统性能的影响。
[0019]进一步的，系统采用八开关三电平电压源型逆变器是利用传统的六开关电压源型逆变器和三电平开关模块串联而成。其中，六开关电压源型逆变器模块的两个公共端与三电平开关模块的二极管桥臂首端和尾端连接，通过三电平开关模块为六开关电压源型逆变器模块提供三电平直流电压输入。这种多电平逆变器拓扑构造方法较常规的多电平逆变器结构简单，制造成本较低。尤其是在控制方式上，仅仅是在传统的二电平六开关逆变器控制方法的基础增加简单的三电平控制模式就可以完成系统的控制。
[0020]进一步的，采用八个功率开关和两个电容，结构上只是在传统的六开关电压源型逆变器的基础上增加了两个功率开关和两个电容，可以在实现过程中，可以在传统的六开关电压源型逆变器硬件结构上直接改造和加工。
[0021]进一步的，系统控制器包括六开关电压源型逆变器模块控制单元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种塔式起重机回转变频调速系统，其特征在于，包括八开关三电平电压源型逆变器，八开关三电平电压源型逆变器中设置的三个开关桥臂的中点分别连接三相交流异步电机的三个绕组端，三相交流异步电机经系统控制器与八开关三电平电压源型逆变器的控制端连接。2.根据权利要求1所述的塔式起重机回转变频调速系统，其特征在于，八开关三电平电压源型逆变器包括串联连接的六开关电压源型逆变器模块和三电平开关模块，六开关电压源型逆变器模块的两个公共端与三电平开关模块中二极管桥臂的首端和尾端连接，通过三电平开关模块为六开关电压源型逆变器模块提供三电平直流电压输入。3.根据权利要求2所述的塔式起重机回转变频调速系统，其特征在于，六开关电压源型逆变器模块包括六个功率开关S1、S2、S3、S4、S5、S6，每个功率开关S1、S2、S3、S4、S5、S6分别并联一个反向二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6，功率开关S1和S2首尾串联组成第1开关桥臂，功率开关S3和S4首尾串联组成第2开关桥臂，功率开关S5和S6首尾串联组成第3开关桥臂；第1开关桥臂、第2开关桥臂和第3开关桥臂的首尾两端各自连接构成两个公共连接端，通过两个公共连接端分别连接三电平开关模块。4.根据权利要求3所述的塔式起重机回转变频调速系统，其特征在于，三电平开关模块包括电容桥臂和二极管桥臂，电容桥臂与直流电源Vdc并联连接，二极管桥臂与电容桥臂并联连接，电容桥臂的中点与二极管桥臂的中点连接；电容桥臂中点与二极管桥臂的首端之间连接功率开关S7，电容桥臂中点与二极管桥臂的尾端之间连接功率开关S8，功率开关S7和功率开关S8分别并联反向并联二极管D7和D8。5.根据权利要求4所述的塔式起重机回转变频调速...

【专利技术属性】
技术研发人员：雒宏宏，范周云，王晓丽，何宗锋，王红军，
申请(专利权)人：甘肃第一建设集团有限责任公司，
类型：新型
国别省市：