起重機變頻改造方案15+15T
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橋式起重機是工礦企業中應用十分廣泛的一種起重機械，針對貴公司15+15噸橋式起重機，使用頻繁、環境惡劣、高溫、金屬粉塵過多等。橋式起重機電力拖動系統多采用繞線式交流異步電機，轉子回路內串入多段外接電阻調速，采用凸輪控制器、繼電器、接觸器等控制。
這種控制系統主要缺點是:
1）大小車、主起升、付起升的拖動運行系統采用的是變阻調速，運行性能差，并且電阻元件使用普通康銅材質，性脆易斷裂，故電阻燒損和斷裂故障時有發生，又制成柵狀，高溫時易彎曲變形造成短路事故，導致電纜燃燒和損壞。
2）電機轉子串電阻調速屬能耗型轉差調速，能耗大，機械特性軟，調速范圍小，平滑性差。
3）由于現場環境中的金屬粉塵、有害氣體對電動機集電環、繼電器的腐蝕與短路，再加上繼電器、接觸器控制系統切換頻繁，起動時，沖擊電流大，因此觸頭燒損、電刷冒火、電動機燒損故障時有發生，故障率高。
4）調速平滑性差，對減速機、連軸器、鋼絲繩的機械沖擊大，嚴重影響使用壽命。
5）起重機制動系統是在運動狀態下進行的，對制動器損害很大，閘皮磨損嚴重而引起的安全隱患。
隨著電力電子技術的飛速發展和軟件技術的成熟，變頻器的性能和可靠性都有了很大的提高。因此，在橋式起重機上應用變頻調速技術，可實現橋式起重機的升降，小車和大車機構的無級調速，從而極大地提高了系統運行的安全性和**性。
一、變頻調速改造方案
本次對15+15噸橋式起重機的大、小車電力拖動系統，吊鉤升降、電力拖動系統進行變頻調速技術改造，以改善其操作性能、降低故障率、能耗率，使其主提升能力達到36噸
變頻調速改造方案設計15+15噸橋式起重機的電氣傳動系統為：大車電動機2臺，額定功率2×7.5kW；小車電動機2臺，額定功率2.2KW；主起升電動機2臺，額定功率16kW；付起升電動機1臺。
改造的具體設計方案是:
1）電動機還是采用原來的電動機
2）用5臺變頻器來控制6臺電機，實現重載啟動與變頻調速，
3）電氣控制系統中、原各電氣控制柜和繼電器、接觸器一律取消，更換為新的變頻電氣
制柜，變頻器采用的是安川H1000、安川A1000系列起重專用變頻器。
4）調速方式采用具有矢量控制功能的變頻調速系統。
5）制動方式采用再生制動、直流制動和電磁機械制動相結合的方式。運行（重物下降）時，采取在變頻器直流回路內接入制動電阻的方式消耗掉再生的電能，使運行的大、小車和吊鉤迅速而準確地停止?。ㄋ俳禐?）。吊鉤作業時，常常有將重物在半空中停留一段時間的現象（如重物在空中平移或突然停電時），變頻調速系統雖然能使重物停住，但因容易受到外界因素的干擾（如平移時常出現斷電），可靠性差。因此，還必須同時采取電磁制動器進行機械制動以配合可靠完成作業。
二、電氣工作原理
1）系統的控制指令，由司機室聯動臺專用主令電位控制器Ks、給出，控制變頻指令：上升、下降、加速、減速，平滑調速。吊鉤升降、機構制動打開由變頻器輸出繼電器驅動制動器控制接觸器Cs、使制動器、微型軸流風機動作。
2）變頻器有短路、過壓、缺相、失壓、過流、超速、接地等各種保護功能和故障自診斷及顯示報警功能。當變頻器出現短路、過流等故障時，變頻器給出故障信號，并停止輸出，切斷變頻器電源，控制制動器抱閘，并發出報警信號。
吊鉤升降、機構除了變頻器內部有保護功能外，還設置了線路保護：
?。?）限位保護，防高度限制器實現
?。?）線路設有低壓斷路器作為短路保護。
?。?）小車運行機構電氣拖動系統小車運行機構由一臺變頻電機驅動，采用1臺變頻器控制，系統控制方法與起升機構電氣傳動系統類似。
?。?）大車運行機構電氣拖動系統大車運行機構由兩臺變頻電機驅動，采用1臺變頻器控制兩臺電機，系統控制方法與小車運行機構電氣傳動系統類似。
三、變頻器的選擇
變頻器采用的是安川H1000、安川A1000系列起重專用變頻器。
1）變頻器控制方式的選擇
2）由于起重機機構多為恒轉矩負載，故選用帶低速轉矩提升功能的電壓型變頻器。
3）平移機構慣量較大，負載變化相對小，屬于阻力性負載，故大車、小車選用V/F開環控制
方式的安川A1000型變頻器；起升機構慣量較小，負載變化大，屬于位能性負載，為獲得快速的動態響應，實現對轉矩的快速調節，獲得理想的動態性能，通常采用矢量控制方式，主付升降選用安川H1000型變頻器，采用矢量控制方式可獲得穩定的工作狀態和良好的機械特性。
2）變頻器容量的選擇
變頻器容量的選擇是以電動機的額定功率為依據的。由于繞線轉子異步電動機與通用或其它異步電動機相比，其繞組的阻抗較小，因此使用變頻器調速時應考慮紋波電流引起的過電流跳閘情況，同樣功率下的電動機，繞線轉子異步電動機額定電流往往較大，所以選擇時應考慮一定余量。雖然起重機升降機構的轉動慣量很小，加速時間較短，但考慮到電網電壓波動的因素，以及安全勞動部門對起重機1.25倍額定靜載荷檢測要求等因素來選擇起升機構電動機的變頻器容量。大車、小車運行機構屬于大慣量負載，其加減時間一般不超過20s，變頻器的短時過載能力為150％，不同的加速時間對變頻器容量的計算不同，當加速時間>2min時，變頻器功率選擇應放大些，以此來選擇大車、小車運行機構電動機的變頻器容量。
3）制動單元和制動電阻的選擇
當電動機處于反接制動或再生制動狀態，變頻器內直流電路儲能電容兩端的電壓將升高，為避免電壓過高而使直流過壓保護動作，必須將這部分能量回饋至電網或增設制動單元及制動電阻以釋放這部分能量。廠商提供與變頻器容量相配套的標準外接制動電阻。大車、小車、主付升、降，制動單元均選用安川H1000、安川A1000型變頻器容量相配套的標準外接制動單元。大車、小車、主付升、降、制動電阻均選用國產、變頻器專用制動電阻器。
?。?）變頻器運行、停止控制；
?。?）控制制動器，保證電動機停止時能夠及時制動，既不提前，也不延后；
?。?）升降變頻器控制方式切換；
?。?）電氣閉鎖保護控制；
?。?）任何時刻斷電，系統將會立即停止運行，制動器制動。
四、系統控制要點
1.橋式起重機拖動系統的控制包括：大車的左、右行及速度擋；小車的前、后行及速度擋；吊鉤的主、付，升、降，及調速等，這些都可以通過變頻器進行無觸點控制。橋式起重機控制系統中需要引起注意的是關于防止溜鉤的控制，在電磁制動器抱住之前和松開后的瞬間，極易發生重物由于停止狀態下滑而產生溜鉤現象。在這個問題上，主要是通過設定變頻器運行參數與變頻器的制動單元、制動電阻和液壓制動器的配合而達到**的效果。
1）起吊重物升降控制要點
自動轉矩提升設置，在調試過程中適當地提高中頻電壓可以改善低頻特性，從而提高啟動轉矩；提高零頻電壓可以加大直流強勵磁，使電機保持足夠大的轉矩防止溜鉤。
吊車使用完畢后，應將主令控制器放置零位，30s后按下停止按鈕，斷開主電源，關閉風機及照明電源開關，確認斷電后，鎖好操作室門方可離開。
五、變頻器功能參數置的設置
?。?）通過對橋式起重機各傳動機構改造采用的安川H1000、安川A1000系列變頻器的功能參數設置大大降低了對電網的沖擊。節約能源，變頻調速的啟動、制動、加速、減速等過程中，電機運行電流小。以本案來講，節能可達30%左右。在生產工況相同的情況下電耗和維修費用比改制前節能20%左右。
?。?）主、副鉤有鋼絲繩提升限位、重錘限位、超重限位保護，大車、小車有行程開關保護，各個設備的保護動作只影響設備本身的動作。
?。?）任何變頻器出現故障只影響本拖動的動作。
?。?）吊鉤升降與小車前行和后退、大車左行和右行有操作互鎖。
?。?）主鉤、副鉤、大車、小車速度由按鈕切換，可實現平穩切換。
?。?）禁止司機利用打反車來對大車和小車進行定位。
2變頻器的選型
橋式起重機的電氣傳動系統有大車電動機兩臺、小車電動機2臺、15噸鉤2個，鉤提升電動機各2臺，這次改造總的思路是用5臺變頻器來控制6臺電機，實現重載啟動，變頻調速。
主電路原理圖如圖1所示。
變頻器在電機制動時，會出現電機處于再發電運行狀態，變頻器就需制動電阻耗散這部份能量，由于變頻調速系統在重物下降時及電機制動時，會出現電機處于再生發電運行狀態，因此需要在變頻器直流回路內接制動電阻消耗這部分再生電能，同時使電機的制動能力提高，且使運動中的大、小車和吊鉤迅速而準確地將轉速降為零。
2.3變頻調速的控制要點
橋式起重機控制系統中需要引起注意的是防止溜鉤的控制，因為在液壓抱閘抱住電機之前和松開后的瞬間，極易發生重物由于停止狀態下滑而產生溜鉤。
?。?）起重物停住控制要點
?。?）通過設定停止頻率，和維持時間，當變頻器的工作頻率下降到停止頻率時，變
頻器輸出一個“頻率到達信號”，發出液壓抱閘斷電指令，變頻器輸出定值維持力矩，延時液壓抱閘釋放，變頻器工作頻率降為零。
?。?）起重物升降控制要點
?。?）設定“升降起始頻率”和“檢測電流時間”，當變頻器到達設定值時，變頻器開始檢測電流，確認電流足夠大，產生的力矩能抵消下降力矩時發出抱閘松開指令，使液壓抱閘通電松開。
?。?）自動轉矩提升設置
?。?）在調試過程中適當地提高中頻電壓可以改善低頻特性，提高啟動轉矩；提高零
六、關于拖纜與滑觸線的改造
由于該車間有易燃的氣體，滑觸線在起重機運行時會有火花出現，所以需要換成滑車式的扁拖纜，取代原滑觸線。
拖纜由于用的時間長，并且老化。需要換成圓的多股電纜。
3結束語
經過實際運用，改造后的系統性能得到了很大的改善，效果非常明顯，主要體現在以下幾個方面：
?。?）采用變頻器調速系統后，控制系統簡化，故障率低，可靠性大為提高。橋式起重機的
啟動、制動、加速、減速等過程更加平穩快速，定位更加準確，減少了負載波動，安全性大幅提高；
?。?）電機運行的開關器件實現了無觸點化，避免了因頻繁動作而燒損，以及由于觸頭燒損而引起的電器故障，具有半永久性的壽命；
?。?）由于電動機啟動電流限制得較小，頻繁啟動和停止時電動機熱耗減少，壽命延長；
?。?）機械特性硬，負載變化時，各檔速度基本不變，而且可根據現場情況，很方便地調整各檔速度和加速時間，使吊車操作更加靈活，反應迅速；
?。?）液壓抱閘在低速時動作，其閘皮的磨損很小，使用壽命延長，保養時間和費用都得以減少。
?。?）降低了對電網的沖擊。
?。?）節約能源，變頻調速的啟動、制動、加速、減速等過程中，電機運行電流小。以本案來講，節能可達30%左右。在生產工況相同的情況下電耗和維修費用比改制前節能20%左右。
通過起重機變頻改造，不僅提高了橋式起重機的性能，也提升了設備安全運行時間，使工作勞動維修強度維修成本大幅降低，因此，變頻調速技術在橋式起重機上的應用是提高工作效益、降低能耗保障工作安全的選擇。
