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案例頻道 摘 要：在起重機行業中，為了提高工作效率，起升機構可以高于額定速度運行，這樣可以提高起重機性能，縮短工作時間，該功能通過弱磁控制實現。
關鍵詞：西門子,起重機, 弱磁控制, PLC, Masterdrive
Abstract: For close loop controlled drives, for increasing the performance and moving more loads in less time, an attempt is made to increase the speed above the rated speed. This is used, for example, for hoisting gear of cranes at partial loads. This function is implemented using the loaddependent fieldweakening.
Key Words: Siemens, Crane，Fieldweakening，PLC, Masterdrive
1 引言
我們知道,電流經過電機繞組產生磁場而推動電機轉子轉動,在轉子轉動的過程中其變化的磁密又在定子繞組中產生反電動勢,轉速越高反電動勢越強,當反電動勢增強到與輸入電壓相比擬時,電機繞組就無法獲得足夠的電流來克服阻轉力矩,轉速的增長也就停滯了，這個就是電機能獲得的額定轉速。
可以通過提高電機輸入電壓和電流的方式，來使電機獲得更高的轉速。輸入電壓越高，電機轉速越高，電機電壓與轉速是正比關系，此時為恒力矩調速，當輸入電壓達到最大值不允許再升高時，此時如果要再升速，就需要弱磁控制，此時為恒功率調速，即，功率 = 轉速 * 力矩，轉速升高，則力矩下降。
對于起重機的起升機構，只有當負載小于額定負載的情況下，才能進入弱磁狀態，電機才能以大于額定轉速工作，電機進入弱磁工作時，可用輸出力矩減小。
2 弱磁理論基礎
靜態負載轉矩主要由：負載力矩，負載加速力矩，轉動慣量加速力矩和摩擦力矩幾部分組成，即：
MM = MLoad + MBLoad + MBrot + Mfriction
MM = 總的電機力矩
MLoad = 負載力矩
MBLoad = 負載加速力矩
MBrot = 轉動慣量加速力矩
Mfriction = 摩擦力矩
MM = MLoad + MLoad* kBload*dn/dt + kBrot*dn/dt + MfrictionkBload 和kBrot 是通過測量決定的比例系數，同樣的Mfriction 也必須通過測量來決定。MM = MLoad* (1 + kBload*dn/dt) + kBrot*dn/dt + MfrictionMLoad = MM - Mfriction - kBrot*dn/dt / (1 + kBload*dn/dt)此方程式只適用于上升方向加速時的正向dn/dt。
MLoad ~ ILoad = IM - Ifriction - kBrot*dn/dt / (1 + kBload*dn/dt)
因此，為了決定負載的大小，dn/dt和電機電流IM的測量是必須的。
測量的過程固定在設備正常速度的40% ~ 90%之間，用以計算弱磁的最大速度。
3 在PLC中的弱磁控制程序
在PLC程序中使用功能塊FB1605來測量負載啟動時的加速電流。
當測量結束后，負載經過計算通過DB200.DBD72顯示出來。
如果采樣區間為正常速度的40%-90%，則采樣時間為約750ms，在這750ms期間，大約進行20-30次測量。
測量期間，所有的dn/dt值和電流實際值都被相加，測量結束后，除以測量次數得出平均值。至少需要進行20次測量，否則，計算值無效。
參數說明
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名 稱 |
格 式 |
說 明 |
|
Current |
Real |
從逆變器傳送過來的實際電流/力矩，必須是電機額定電流的百分比 % |
|
Acceleration |
Real |
加速dn/dt，以百分比 % 顯示，在正常的加速時間時，等于100%，如果加速時間加倍，則此值等于50% |
|
Speed |
Real |
電機實際速度，相對于最大速度以百分比 %顯示，電機最大速度即弱磁速度 = 100% |
|
Speed_Start |
Real |
采樣啟動區間，以百分比 % 顯示，例如：
Nmax = 1800 rpm = 100%
Nnom = 900 rpm = 50%
起始采樣 = 40% * Nnom = 20%
結束采樣 = 90% * Nnom = 45% |
|
Speed_Stop |
Real |
采樣結束區間，以百分比 % 顯示，例如：
Nmax = 1800 rpm = 100%
Nnom = 900 rpm = 50%
起始采樣 = 40% * Nnom = 20%
結束采樣 = 90% * Nnom = 45% |
|
Adap_Acc_Load |
Real |
加速負載的調節系數，相對于額定負載以百分比 % 顯示
經驗值：5% - 10% |
|
Adap_Acc_Rot |
Real |
轉動慣量的調節系數，相對于額定負載以百分比 % 顯示
經驗值：20% - 40% |
|
Adap_Fric |
Real |
摩擦力的調節系數，相對于額定負載以百分比 % 顯示
經驗值：1% - 3% |
|
Adap_Effic |
Real |
上升與下降時效率偏差的調節系數，相對于額定負載以百分比 % 顯示
經驗值：110% - 120% |
|
Adap_K |
Real |
計算負載用的乘法系數，公式為：
負載 (噸) = 測量值 * Adap_K + Adap_Offset |
|
Adap_Offset |
Real |
計算負載用的偏差系數，公式為：
負載 (噸) = 測量值 * Adap_K + Adap_Offset |
|
Reset_Storage |
Bool |
該輸入信號用于復位上一次測量值，當信號為“0”時，新的測量不能進行并且上一次的測量值被保存。該功能主要用于負載下降時，由于在上升時已經完成了負載的測量，因此下降時沒有必要再次進行測量。只有當該輸入信號被復位時，才能進行新的測量，例如：吊具開閉鎖信號。 |
|
Adjustment |
Bool |
該位用于釋放計算電流，當負載上升時，計算電流必須被確定，此電流可以通過DBD78讀得（實數格式）。 |
|
Load |
Real |
計算負載 （噸） |
|
Load_Valid |
Bool |
“1” = 輸出端的計算負載是有效的 |
4 速度給定功能塊FC1630
此FC1630功能塊，可以根據計算的電流實際值給出相應的速度。
首先，設定好Y1，Y7和X7的值，然后計算出X1的值，指定中間值X2到X6，最后再計算出Y2到Y6的值。
比如：
X1 = X7/Y1*Y7 = 50% Y1 = 最大速度 = 100%X2 = 55% Y2 = 91%X3 = 60% Y3 = 83%X4 = 70% Y4 = 71%X5 = 80% Y5 = 62%X6 = 90% Y6 = 56%X7 = 100% = 額定電流 Y7 = 額定速度 如：50%計算公式：Yx = X7*Y7/Xx如：Y2 = X7*Y7/X2 = 100*50/55 = 91弱磁曲線例子：（恒功率）
5 驅動參數設置
6 總結
通過對PLC及驅動參數的設置，實現弱磁功能，起升機構可以高于額定速度運行，提高了設備的工作效率，提升了起重機性能，縮短了工作時間，因此弱磁功能被廣泛的應用于各種場合。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號