橋式起重機械工況分析 橋式起重吊車（又稱行車）是工況企業(yè)中十分常用的一種起重機械，主要結(jié)構分為：橋架、大車行走機構、小車行走機構及起升機構。其中，大車及小車機構帶動吊車前后左右行走，起升機構拖動重物負載上下運動。 吊車的大車、小車及起升機構在運動過程中，其阻轉(zhuǎn)矩基本不變，可看作為恒轉(zhuǎn)矩負載。重物上升時，電動機克服重力做功，屬于阻力負載；重物下降時，當重力大于傳動機構的摩擦阻力時，重物的位能成為下降的動力，電動機處于再生制動狀態(tài)，此時重物屬于動力負載。 原型拖動方案 吊車各部分的拖動系統(tǒng)，一般都需要調(diào)速。在變頻技術成熟之前，繞線式異步電機轉(zhuǎn)子回路串接電阻調(diào)速是起重機械中最常見的調(diào)速方法。 線式電機主電路如左圖所示：通過滑環(huán)和電刷在轉(zhuǎn)子回路內(nèi)串入若干段電阻，由接觸器來控制接入電阻的多少，從而控制轉(zhuǎn)速。該方案存在下述問題： 1．設備故障率高 因工礦企業(yè)工作環(huán)境差，風塵、腐蝕性氣體等極易對電機滑環(huán)、碳刷及接觸器造成不良影響，加之電機啟動頻繁，電流及機械沖擊大，因此月平均故障率可高達數(shù)次； 2．控制線路復雜 電機調(diào)速級數(shù)越多，需要接入的接觸器就越多，這使得控制線路十分復雜，故障查除困難； 3．熱功率損耗大 轉(zhuǎn)子回路串入電阻后，電機損耗功率以熱能形式釋放，能量不能回收，電阻需定時更換。 4. 能耗分析 線繞式異步電動機的轉(zhuǎn)子回路串入電阻后，其機械特性如下圖所示。 因轉(zhuǎn)差變大，機械特性變“軟”，在負載轉(zhuǎn)矩TL不變的情況下，拖動系統(tǒng)的工作點由A點移到B點，轉(zhuǎn)速由n1降為n2。其定子電磁輸入功率分配情況如下： 1. 電磁輸入功率為： Pin = TL·n0 2. 電機輸出功率為（曲線②）： Pout = TL·n2 3. 電機損失功率為（曲線②）： △P = TL·（ n0- n2 ） 如上圖所示，①、②號曲線分別為線繞式電機轉(zhuǎn)子回路串入電阻前、后的機械特性曲線。圖中陰影部分表明電機在串入調(diào)速電阻后，其功率損失增大許多，且機械特性偏“軟”，電機驅(qū)動能力明顯下降。 提升機變頻調(diào)速方案 近年來，隨著變頻技術的日益成熟，以及變頻器價格的不斷降低，變頻調(diào)速技術得到了越來越廣泛的應用，加之國家對節(jié)電節(jié)能技術的積極推廣，起重機械的變頻改造已成為趨勢。 深圳市英威騰電氣有限公司作為國內(nèi)主要變頻器專業(yè)制造商，始終致力于變頻器的市場推廣與行業(yè)應用。2004年推出的CHV系列高性能矢量變頻器，已廣泛應用于注塑機械、提升機械、拉絲機械、紡織機械、數(shù)控機床等要求較高的場合。下文將以CHV矢量變頻器為核心，詳細闡述提升機械變頻調(diào)速方案。 ● 工藝要求及變頻控制要點 1．調(diào)速范圍 大型吊車多采用有級調(diào)速，速度檔位選擇常采用凸輪控制器，調(diào)速比一般小于10；CHV高性能矢量變頻器具有16段速設定功能，在閉環(huán)矢量控制模式下，其調(diào)速范圍高達1：1000，可輕松滿足需求； 2．制動定位 大車、小車及起升機構都要求有定位功能，較重負載制動定位時，拖動電機常處于再生制動狀態(tài)；變頻調(diào)速時，需加裝制動電阻，采用電制動與機械制動相結(jié)合的制動方式，以確保準確停車； 3．吊鉤啟動 吊鉤從地面拖動重物啟動時，為避免機械沖擊，啟動檔的速度不能過快；CHV變頻器具有豐富的加減速預設曲線，吊鉤啟動可選擇“S”型加速曲線，保證加速過程平穩(wěn)順暢； 4．溜鉤處理 吊鉤拖動重物起停時，電動機與抱閘裝置配合不當，容易造成重物滑落，即所謂“溜鉤”問題； CHV變頻器在閉環(huán)矢量控制模式下，0Hz運行時最大可輸出180%的額定轉(zhuǎn)矩，能很好解決吊車溜鉤問題。 ● 節(jié)能分析 右圖為異步電動機主回路串接變頻器后的機械特性圖。 圖中曲線①為電機調(diào)速前的機械特性，曲線③為電機變頻調(diào)速后的機械特性。對比可知，變頻器調(diào)速的一個顯著優(yōu)點就是在調(diào)速的同時能夠調(diào)整供電電壓，使電機的機械硬性基本保持不變。相比繞線式異步電機的轉(zhuǎn)差調(diào)速，在負載轉(zhuǎn)矩TL不變的情況下，變頻調(diào)速具有較好的節(jié)能效果。其電磁輸入功率分配情況如下： 1．電磁輸入功率為： Pin’ = TL·n0’ 2．電機輸出功率為（曲線③）： Pout = TL·n2 3．電機損失功率為（曲線③）： △P = TL·（ n0’ - n2 ） ● 變頻器電控方案 深圳市英威騰電氣有限公司成功改造的橋式抓斗吊車電機參數(shù)及需選配變頻器清單如下： 電控方案說明： 1、提升電機的變頻器需選配PG卡，采用有PG矢量控制；其余變頻器均采用無PG矢量控制； 2、原繞線式電機可不必更換，但需把 電機轉(zhuǎn)子上的電刷舉起，且轉(zhuǎn)子的出線頭要短接，如左圖所示： 3、所有變頻器均需選配制動電阻或制動單元（15KW以上變頻器制動單元外置）； 4、因應用現(xiàn)場吊車是在粉塵較大的水泥生產(chǎn)車間使用，因此所有變頻器均需選配專用防粉防塵外殼； 以提升電機為例，其主電路示意圖如下： 變頻器運行信號控制電磁抱閘；變頻器在有PG矢量控制模式下，0Hz運行時可輸出180%額定轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩響應時間在20ms以內(nèi)，完全可滿足吊車的應用要求，有效避免溜鉤問題及起停抖動問題； 當然，對于一些高檔提升機械，還會應用到PLC來進行對提升機構、行走機構、橫動機構進行集中控制，實現(xiàn)多種功能，控制簡易示圖如下： 變頻器的外圍接線配置圖如下： 總結(jié) 深圳市英威騰電氣有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)的CHV系列高性能矢量型變頻器成功應用于橋式吊車領域，有效滿足吊車的控制工藝要求，并得到客戶的一致認同。英威騰公司提出的吊車變頻控制方案，推動了吊車電氣控制技術的發(fā)展，完全滿足吊車的軟啟動、軟停車、無沖擊、平滑調(diào)速功能，有效降低系統(tǒng)的能耗及機械的維護成本，延長機械的使用壽命。