变频器在起重机系统中的运用

1、变频器在起重机系统中的一、概述运用随着我国建筑业的不断发展，建筑施工机械化水平的不断提高，对塔机的制造质量和整机技术水平的要求 也越来越高。塔机的各个传动机构所采用的方式、控制系统的技术水平、用户的可操作性和可维护性基本上就 体现了整个塔机的技术水平和档次。而在这几个机构中，最为重要也是最具有技术代表性的是起升机构，它控 制功率最大、调速范围最宽、出故障后的维修难度也最大。而且该系统在变速过程所产生的机械冲击的大小将 直接影响塔机结构件的疲劳损伤程度。为了改进其性能，国内各主机生产商在起升机构的调速控制技术上已花了许多工夫，得到了长足的进步。 从整体上看，绝大多数采用的是传统的单电机传动，以带

2、涡流制动器的绕线式电机和多极电机调速的方案为主。 这些传统的调速方案，要想达到较宽的调速范围，其途径不外乎设计制造大功率、宽调速范围的非标电机，如： 采用带涡流制动器的多极绕线式电机或制作大极差的多速电机等。由于塔机起升机构所需要的较高调速要求不 但给电机生产厂商带来了较多的质量控制难题，而且也增加了控制回路和电机的制造成本，降低了系统可靠性。 更有甚者，随着用户对塔机的起吊能力要求越来越大，传统控制方式已经越来越感觉到力不从心，不论是上述 技术的可实现性，其制造成本以及使用性能等方面也存在一些问题。所以，我们不得不寻求更理想的新的调速 控制技术。同时我们鉴于以上的原因，国内外的专业生产商在塔

3、机的起升调速方式上进行了较多的新技术应用尝试，比如：采 用多极电机的调压调速，引进变频调速等。逐渐地，随着变频技术的不断发展，不断地被人们认识，它以绝对 的优势超越了其他的任何调速方案，其优点数不胜数，如：零速抱闸，对制动器无磨损；任意低的就位速度， 可用于精确吊装；速度的平滑过渡，对机构和结构件无冲击，提高了塔机的运行安全性；极低的起动电流，减 轻了用户电网扩容的负担；几乎任意宽的调速范围，提高了塔机的工作效率；节能的调速方式，减少了系统运 行能耗；单速的鼠笼电动机保证了机构的运行可靠性厖。正是因为这些明显的特点和优势，国外的塔机制造商 所推岀的新一代塔机的起升机构也大多采用变频调速方案，如

4、POTAIN, LIEBHERF等世界着名公司。认为，随着变频器价格的不断降低，可靠性不断提高，变频技术一定能在塔机上得到广泛应用，这将对产品的 安全运行和减少运行能耗都有重要的意义。为了普及变频技术，加深对变频调速方案的了解，本文将对变频技 术在塔机起升机构上的应用作一探讨。、常规变频起升机构1结构介绍变频调速技术在塔机各传动机构的应用在我国已经有近 10 年的时间，虽然取得了一些成功的应用经验， 并且也有不少的变频起升机构现在正在工地正常运行，但与其他行业相比，变频调速技术在塔机上的应用还远 远未达到应有的程度，其中有成本的原因，也有技术的原因。国内和国外目前所采用的典型方案，从技术上来讲

5、，大同小异，不同点在于：1）变频器的品牌不同，其采用的控制回路不同；（2）系统是开环（不带 PG）或者是闭环（带 PG）4)减速机的类型不一样，如：圆柱齿轮减速机或行星减速机；是定速比或可变速比等。就传动控制技术而言，以上所述差异并未涉及控制方式的改变，均为采用一台变频器控制一台电动机进行调速的典型模式，也可称其为常规变频起升机构。在所有的这些常规变频机构中，LIEBHERF公司在EC-H型塔机上装配的变频起升机构的特点最为突出，它采用250V 电动机和与之匹配的变频器，配置可变速比的减速机，L 型布置。该方案具备较好的起升速度特性，其缺点是系统成本高，而且部件通用性差。2常规变频起升机构的设

6、计要点1)电动机极数和功率的校核a）电动机输岀转速应小于当起升机构的基本参数（如：最大起重量、最高工作速度等）给定后，就要对电动机的极数和功率进行确 定和计算，其设计要点是：3000 转 / 分（由减速机输入级的工作转速限制）；b）系统最高工作频率应小于100Hz （频率越高，电动机的损耗功率就越大，将破坏恒功率特性，起吊能力大幅度降低而无实际应用价值）；c）电动机额定转矩用于校核最大起重量（考虑总传动比、效率、倍率等）；d）电动机的额定功率用于校核高速时的起重量（考虑总传动比、效率、倍率等，如果频率接近100Hz，应 考虑有效功率降低 1015%）在选择电机功率时，根据以上的条件就能基本确定

7、减速机的减速比与电动机功率和极数。2）电控系统的设计a）变频器的选取当系统的电动机确定后，就可着手进行控制系统的设计。首先是变频器的选型。现在市场上的国内外变频器品牌不少，控制水平和可靠性差别较大，技术上大体可分为 V/F控制、矢量控制和 DTC直接转矩控制三种 用于塔机的起升机构，建议最好选用具有矢量控制功能或者是具有 DTC直接转矩控制功能的变频器，这样的变 频器品牌较多，设计者可根据自己的熟悉程度、技术支持力度、其他行业厂的使用情况等因素来选择。由于变频器品牌的不同，相同功率下变频器的过载能力和额定电流值也不完全一致。所以，选择变频器容 量时，不单要看额定功率的大小，还要校核额定工作电流

8、是否大于或者等于电动机的额定电流，一般的经验是 选择变频器的功率大于电动机功率 1030%左右。b）能耗电阻的选取作为起重用变频系统，其设计的重点在于电动机处于回馈制动状态下的系统可靠性，因为这种系统出故障 往往都发生在重物下降时的工况，如溜钩、超速、过压等。也就是说重物下降工况时变频系统的性能好坏将直 接影响整个起升机构能否安全运行。这就要求设计人员清楚地了解变频传动系统的回馈工作过程，才能做到心 中有数。大部分变频器的产品说明中，对如何选择能耗电阻的电阻值和功率并没有非常清楚的描述，而且往往按其 推荐的标准配置并不能完全满足起重工况的要求，同时有关这方面论述的文章也不多见，所以在变频起重控制 系统的设计中，电阻参数选择显得有些混乱。本文将对电机工作在回馈制动状态时系统的工作机理进行定性的 分析，读者可以通过这些分析进一步得到有关电阻参数的计算方法。 电阻值的选取基本可以按变频器样本给出的参数确定，基本原则是，考虑直流回路的电压（重物下降工况时将超过600VDC）情况下，电阻上的电流不超过变频器的额定电流。 电阻功率的选取要准确地选择电阻的功率是非常重要的，若选择太大，会增加系统成本，太小就会造成运行的不可靠。但 要合理