桥式起重机的变频调速.doc

变频调速装置在桥式起重机上的应用 陈永军一、 桥式起重机拖动的构成：桥式起重机俗称行车，是工矿企业中应用得十分广泛的一种起重机械。其运行机构由三个基本独立的拖动系统组成：1、大车拖动系统：拖动整台起重机顺着车间作“横向”运动（以操作者的坐向为准）。2、小车拖动系统：拖动吊钩及重物顺着桥架作“纵向”运动。3、吊钩拖动系统：拖动重物作吊起或放下的上、下运动。二、 桥式起重机的负荷特点和对拖动系统的要求：1、负荷特点：各拖动系统的负载转距TL 都与“阻力”FL 和回转半径RL的乘积成正比：TL=FLRL（）在大车和小车拖动系统中，是摩擦力，而在吊钩拖动系统中，是被吊物和吊钩的重力。 由（）式可知，负载转距的大小与转速无关，因而具有“恒转矩”的特点。2、对拖动系统的要求：大车和小车对拖动系统的要求较一般，这里重点介绍对吊钩拖动系统的要求。（1）在全调速范围内，电动机的有效转矩线应是恒转矩的；（2）起动时，除上述负载转矩TL外，还必须克服静摩擦力。所以，拖动系统应有足够大的起动转矩；（3） 重物下降时，除空钩和极轻负载外，在绝大多数情况下，都是依靠自身的重力而下降的。为了克服重物因重力加速度而不断加速，电动机必须产生足够的制动转矩，使重物在所需转速下平稳下降。（4） 重物在空中停住的前后，不能发生“溜钩”。三、 普通拖动系统的主电路：普通拖动系统的主电路主要特点是：1、选用电动机：大多采用绕线转子异步电动机；2、调速方法：在电动机的转子回路内串入五段外接电阻（也有七段或更多的），由切阻接触器的状态来决定串入电阻的多少，从而调整电动机的转速高低；3、制动方法：采用电磁制动器进行机械制动。四、变频调速主拖动系统：1、电动机选型：（1）大车与小车用电动机可选用普通的笼型转子异步电动机；（2）吊钩用电动机由于要求较高，应选用变频专用的笼型转子异步电动机。2、调速方法：采用具有矢量控制功能的变频调速系统。转速可以分档，也可以不分档。3、制动方法：采取再生制动、直流制动和电磁机械制动相结合的方法。（1） 首先，通过变频调速系统的再生制动和直流制动把运动中的大车、小车或吊钩迅速而准确的将转速将为0（使它们停住）；（2） 对于吊钩，常常需要重物在半空中停留一段时间（如重物在空中平移时），而变频调速系统虽然能使重物停住，但因容易受到外界因素的干扰（如在平移过程中常易出现的瞬间断电），可靠性较差。因此，利用电磁制动器进行机械制动仍然是必须的。五、变频电动机运行状态的分析：大车与小车拖动系统的运行状况与普通负载无异，本节只分析吊钩拖动系统的各种运行状态。1、空钩（包括极轻负载）运行 空钩时的负载转矩主要由摩擦阻力构成。（1）上升运行 重物的上升，完全是电动机正向转矩作用的结果。这时，电动机的旋转方向与转矩方向相同，电动机处于电动状态，其机械特性在第1象限，重载时，工作点右移。（2）下降运行 空钩及轻载时，下降运行通过反接电源来实现。电动机的旋转方向仍与转矩方向相同，但方向反了，其机械特性在第3象限，重载时，工作点右移至第4象限，这时，由于重力加速度的原因，电动机的旋转速度将超过同步转速而进入再生制动状态。电动机的旋转方向是反转（下降）的，但其转矩的方向却与旋转方向相反，是正方向的，其作用是防止重物不断加速，使重物稳速下降，故重量相同的重物再下降时构成的负载转矩比上升时小。六、变频调速系统的控制要点：桥式起重机拖动系统的控制动作包括：大车的左、右行及速度档次；小车的前、后行及速度档次；吊车的升、降及速度档次等。所有这些，都可以通过可编辑程序控制器（PLC）进行无触点控制。 桥式起重机控制系统中需要引起注意的是关于防止溜钩的控制。在电磁制动器抱住之前和松开之后的瞬间，极易发生重物由停住状态下滑的现象，称为溜钩。防止溜钩的控制需要注意的关键问题是：1、电磁制动器在通电到松开（或从断电到抱住）之间是需要时间的，约为0.6秒（视型号和大小而定）。因此，变频器如过早的停止输出，将容易溜钩；2、变频器必须避免在电磁制动器抱住的情况下输出较高频率，以免发生因“过流”而跳闸的误动作。为此，具体控制方法如下：（1）、重物停住的控制过程1)设定一个“停止起始频率”f，当变频器的工作频率下降到f时，变频器将输出一个“频率到达信号”，发出制动电磁铁断电指令；2)设定一个f的维持时间t，t的长短应略大于制动电磁铁从开始释放到完全抱住所需要的时间；3）变频器将工作频率下降到0。（2）重物升降的控制过程1）设定一个“升降起始频率”F，当变频器的工作频率上升到F时，将暂停上升。为了确保当制动电磁铁松开后，变频器已能控制住重物的升降而不会溜钩，所以，在工作频率到达F的同时，变频器将开始检测电流，并设定检测电流所需时间T。2）当变频器确认已经有足够大的输出电流时，将发出一个“松开指令”，使制动电磁铁开始通电；3）设定一个F的维持时间T1，T1的长短应略大于制动电磁铁从通电到完全松开所需要的时间；4）变频器将工作频率上升至所需频率。（3）、变频器的零速全转矩功能和直流强励磁功能 为了有效的防止溜钩，某些新型变频器设置了一些独特的制动功能，如：1）零速全转矩功能：变频器可以在速度为0的状态下，保持电动机有足够大的转矩，且不需要速度反馈装置。这一功能保证了吊钩由升降状态降速为0时，电动机能够使重物在空中停住，直到电磁制动器将轴抱住为止，从而防止了溜钩。2）起动前的直流强励磁功能：变频器可以在起动之前自动进行直流强励磁。使电动机有足够大的转矩（可达额定转矩的200%）维持重物在空中的停住状态，以保证电磁制动器在释放过程中不会溜钩。七、桥式起重机采用变频调速的优点：1、工作可靠性显著提高，主要表现在以下几个方面：（1）消除了电动机的薄弱环节，由于用笼型转子异步电动机取代了绕线转子异步电动机，从而消除了电刷和滑环等薄弱环节。（2）制动电磁铁的寿命可大大延长，原拖动系统是在运动的状态下进行抱闸，采用变频调速后，可以在基本停住的状态下进行抱闸，闸皮的磨损情况将大为改善；（3）操作手柄不再易损，原系统的操作手柄因受力较大，属于易损件。采用变频调速后，操作手柄的受力将很小，不易损坏；（4）控制系统的故障率大为下降，原系统是由十分复杂的接触器继电器系统进行控制的，故障率较高。采用了变频调速系统后，控制系统可大大简化，可靠性大为提高。2、节能效果十分可观：绕线转子异步电动机在低速运行时，转子回路的外接电阻内将消耗大量电能。采用了变频调速系统后，非但外接电阻内消耗的大量电能可以完全节约，并且在吊钩放下重物时，还可以将重物释放的位能反馈给电源。3、调速质量明显提高：采用变频调