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唐青贇 马震国 上海振华重工集团股份有限公司 200125
【文章摘要】
本文章主要是说明场桥设备在怠速过程中，通过利用变频器及相关设备资源，如何更加高效可靠利用怠速资源，从而满足维护保养工作需求。
【关键词】
场桥；节能怠速；设置应用
1 设备应用背景
场桥（英语缩写RTG）是集装箱堆场的的主力起重设备，它具有灵活转场作业，工程投资少等特点，受到世界各地集装箱码头的欢迎。它的主要供电来源是柴油发电机组，柴油机有怠速和全速两档速度，一般柴油机全速转速在1500RPM （50HZ）或者1800RPM（60HZ），怠速转速在500RPM 到800RPM 左右，不过只有在柴油机全速时机组才能输出场桥所需要的稳定的440~480VAC 电源，才能驱动起升、大车、小车等主要机构运行进行正常工作。但场桥在实际作业时并不可能所有的时间都在运行主机构动作，还有相当一部分时间司在等待中的，设备虽然没有运行主机构，但是为了给其他辅助设备如空调、投光灯、步道灯等供电，柴油机还是需要全速运行。如果使用该节油辅助供电系统，在等待的这段时间可以让柴油机怠速运行，节油系统将满足辅助设备需要的、三相220VAC 30HZ 左右的怠速电源通过变频器、滤波器、升压变压器等转换为符合辅助设备需要的、三相380VAC 50/60HZ 电源。由于柴油机怠速时的转速仅为全速时1/3 到1/2，因此可以大大降低场桥的燃油消耗，在当前国际油价不断上涨的情况下能有效地降低场桥的运行成本。
2 详细技术内容
2.1 系统介绍
普通的场桥辅助供电系统比较简单， 主要由柴油机带动发电机，输出电压通过辅助变压器转换来实现。为了实现节油辅助供电控制，该节能系统取消原来的辅助隔离变压器，并增加了一套特殊的PWM 变换装置和滤波升压设备，用于将柴油发电机组怠速时的输出的低压低频电源转换成辅助设备通用的工频电源。并且一旦系统运行起来以后，就能在运行和待机两种状态之间进行顺利地切换。所有的切换控制可以使用整机的PLC 结合一些继电器接触器回路来完成。
2.2 硬件配置
该节油辅助电源系统主要由3 个部分组成：PWM 变换器，电源滤波器、升压变压器。
(1)PWM 电源变换器是整个系统的核心部件，负责将柴油发电机组发出的变压变频电源转换成3 相170VAC 50HZ 的恒压恒频电源。推荐使用富士变频器具体型号为FRN
该变换器的主要原理和普通的驱动电机的变频器差不多，都是先将输入的交流电源整流成一稳定的直流电源，经过充电电阻为主回路电容充电后，由主电容保持该直流电压，再通过IGBT 可控逆变回路，将直流电源逆变成交流电源。
(2)LC 滤波器
LC 滤波器能减少输出电源的高次谐波，提高系统的功率因数。为辅助设备的正常使用提供保证。
(3) 升压变压器
将PWM 变换器输出的170VAC 50HZ 电源电压升高成为工频380VAC 50HZ 通用辅助电源。并且通过技术处理，让电源可靠稳定。
3 系统运行控制流程分析
原理图中： G 为柴油发电机组， MCCB 为输入主开关
MC1 为输入主接触器，由外部硬件控制回路控制吸合
MC2、MC3 为怠速、高速时用于切换变频器控制电源供电方式的继电器
MC4 为节油供电系统输出主接触器
R0、T0 为变换器的控制电源
R1、T1 为变换器内部风机电源
DCR4
FWD、CMD 为启动命令，实际接线时可将FWD、CMD 短接。只要有输入电源就启动。
Y1 到Y4 为晶体管输出信号，Y5 为继电器输出信号
L1/R、L2/S、L3/T 为三相交流输入端子
U、V、W 为170VAC 50HZ 输出端子
Frequency arrival signal(FAR) 为变换器数字输出信号一个功能选项
（1）柴油机首次启动
司机在地面或司机室启动柴油机并052
实验研究
Experimental Research
电子制作
打到高速，当柴油机首次启动并达到高速以后，发电机输出440VAC 50HZ 电源，延时一段时间后外部电源检测回路接通， 将主接触器MC1 吸合，PWM 变换器输入主电源得电，同时通过MC2 常闭触点， PWM 变换器的控制电源R0,T0 和风机电源R1,T1 也得电。经过1 到2 秒的充电过程，若无硬件问题，PWM 变换器内部整流器开始工作并建立直流母线电压，就处于STANDBY 状态了。
（2）PWM 变换器运行
由于FWD 和CMD 短接，即一直有运行命令。由于前面变换器已经建立了直流母线电压，一旦内部处理器接收到运行命令，就开始触发IGBT 模块，并持续产生逆变输出交流电压170VAC 50HZ，系统处于运行状态。
当变换器内部的检测回路检测到输出电压的频率满足要求，FAR 信号输出， 同时数字输出端子Y2 信号从0 变1，继电器MC2 得电，MC2 的常闭触点断开， 即将变换器的R0T0 控制电和R1T1 风机电源从输入电源侧断开。MC2 得电后延时0.5 秒（延时的时间可通过U10 参数来修改），输出端子Y3 信号从0 变1，MC3 继电器得电，MC3 的常开触点吸合，这样变换器的输出电源通过200VA 控制变压器反过来为变换器的R0T0和R1T1供电。 即变换器的控制电R0T0 和风机电R1T1 在运行前靠外部输入主电源来供电，在运行以后靠变换器自身的输出电源来供电，不再需要输入电供电。
MC3 继电器得电后又经过0.5 秒（延时的时间可通过U20 参数来修改），输出端子Y5 信号从0 变1，从而控制输出主接触器MC4 吸合。将变换、滤波、升压以后的工频辅助电源输出给机上的辅助设备。司机可以开始正常作业。
注：变换器的数字输出定义参数只要使用系统出厂值即可。
（3）切换怠速
当司机作业一段时间后需要休息或等待时，司机可在操作打到“怠速”，控制柴油机从全速下降到怠速运行。柴油发电机组只能输出220VAC 30HZ 左右的电源，这时场桥主机构的变频器由于输入电压降低，驱动器控制电源切断，已经停止工作。不过，由于节油变换器的控制电源已经切换到由自身输出电来供给，因此PWM 变换器的控制电仍然正常，变换器正常工作，只不过此时变换器的输入电源变成了 220VAC 30HZ，由于变换器的特殊的宽电压宽频率设计，电源变换过程不受影响，系统继续输出380VAC 50HZ 工频辅助电源。场桥上面的空调照明控制回路正常工作，满足司机的休息需要。
（4）切换高速
当司机又准备作业时，可以在司机室将柴油机开关打到“高速”，柴油机从怠速又上升到全速，发电机输出440VAC 50HZ 正常电源，经过短暂的电源检测以后，三大主机构驱动器得电处于待机状态。而对于辅助系统来说并无太大变化，只是工作的输入电源电压又从220VAC 30HZ 上升到了440VAC 50HZ。系统正常工作。司机可以开始作业。
【参考文献】
[1]FUJI :FRENIC-VG Series manual
[2] 彭传圣，范翠玉. 桥式卸船机的新发展. 港口装卸.1999.3
