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變頻器在雙梁橋式起重機(jī)上的應(yīng)用

時(shí)間:2012-11-14 10:34:31來源:四方電氣 曾東

導(dǎo)語:?傳統(tǒng)橋式起重機(jī)的電控系統(tǒng)能耗大,故障率高,調(diào)速精度差,已很難滿足現(xiàn)代工業(yè)要求。在橋式起重機(jī)系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速技術(shù),可以很好的提高可靠性和調(diào)速精度,并具有一定的節(jié)能效果。

 

1.引言

橋式起重機(jī)是工礦企業(yè)中使用十分廣泛的一種裝卸設(shè)備,由于橋式起重機(jī)的工作環(huán)境惡劣,經(jīng)常需要在重載下頻繁起動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、變速等操作,沖擊電流大,振動(dòng)大,所以在傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制的電氣系統(tǒng)中,接觸器的觸頭因電機(jī)經(jīng)常有沖擊電流而燒壞,造成維修量大,維護(hù)成本極高,造成生產(chǎn)線停產(chǎn)損失更加不可估量,且傳統(tǒng)的起重機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的綜合技術(shù)指標(biāo)較差,已不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。而調(diào)速性能高、工作可靠、維護(hù)方便的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)為橋式起重機(jī)的控制提供了一種全新的方案。該方案控制線路簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)量小、保護(hù)監(jiān)測(cè)功能完善,且高效、節(jié)能,因此采用交流變頻調(diào)速是起重機(jī)交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展的主流。

2. 橋式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)及控制

橋式起重機(jī)是一種橫架在固定跨間上空用來吊運(yùn)各種物件的設(shè)備。一般由起重小車、橋架金屬結(jié)構(gòu)、橋架運(yùn)行機(jī)構(gòu)以及電氣控制設(shè)備等四個(gè)部分組成。運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要指主起升機(jī)構(gòu)、副起升機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)。在電氣控制系統(tǒng)中,其供電一般是通過小車導(dǎo)電裝置(輔助滑線)、起重機(jī)總電源導(dǎo)電裝置(主滑線)等部分將電源輸送到中心電器上。

橋式起重機(jī)可以實(shí)現(xiàn)重物在三維空間的垂直、橫向、縱向運(yùn)動(dòng),通過大車電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)沿車間兩邊的軌道作縱向前后運(yùn)動(dòng);小車及提升機(jī)構(gòu)由小車電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)沿橋架上的軌道作橫向左右運(yùn)動(dòng),在升降重物時(shí)由起重電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)作垂直上下運(yùn)動(dòng),如圖1所示

 

傳統(tǒng)的橋式起重機(jī)一般采用繼電器-接觸器控制,電機(jī)為交流繞線式電動(dòng)機(jī),采用轉(zhuǎn)子串電阻的方法啟動(dòng)和調(diào)速,如圖2所示。啟動(dòng)時(shí),升接觸器或者降接觸器吸合,電磁制動(dòng)器接觸器吸合打開抱閘,調(diào)速電阻上的接觸器不動(dòng)作,電機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng);當(dāng)需要變速時(shí)通過吸合調(diào)速電阻上的不同接觸器來改變轉(zhuǎn)子線圈的電阻值,達(dá)到改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種控制系統(tǒng)有著許多缺點(diǎn),電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速屬能耗型轉(zhuǎn)差調(diào)速,能耗大,機(jī)械特性軟,調(diào)速范圍小,平滑性差;繼電器-接觸器控制系統(tǒng)在頻繁切換的情況下,沖擊電流大,觸頭燒損、電刷冒火、電動(dòng)機(jī)以及轉(zhuǎn)子所串電阻燒損和斷裂故障時(shí)有發(fā)生,故障率很大。

 

3. 變頻調(diào)速系統(tǒng)特點(diǎn)

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,變頻器的性能和穩(wěn)定性得到了極大地提高,使在起重機(jī)上運(yùn)用變頻器變?yōu)榱丝赡?,從而根本上解決了傳統(tǒng)橋式起重機(jī)電控系統(tǒng)的缺點(diǎn)。在起重設(shè)備中使用變頻調(diào)速控制必須先了解起重機(jī)各運(yùn)行機(jī)構(gòu)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的要求。

(1)起重機(jī)應(yīng)具有大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩,通常超過150%的額定轉(zhuǎn)矩,若考慮超載實(shí)驗(yàn)等因素,至少應(yīng)在起動(dòng)加速過程中提供200%的額定轉(zhuǎn)矩。

(2)由于機(jī)械制動(dòng)器的存在,為使變頻器輸出轉(zhuǎn)矩與機(jī)械制動(dòng)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩平滑切換,不產(chǎn)生溜鉤現(xiàn)象,必須充分研討變頻器啟動(dòng)信號(hào)與機(jī)械制動(dòng)器動(dòng)作信號(hào)的控制時(shí)序。

(3)當(dāng)起升機(jī)構(gòu)向下運(yùn)行或平移機(jī)構(gòu)急減速時(shí),電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電狀態(tài),其能量要向電源側(cè)回饋,必須根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)情況研討如何處理這部分再生能量。

(4)起升機(jī)構(gòu)在抓吊重物離開或接觸地面瞬間負(fù)載變化劇烈,變頻器應(yīng)能對(duì)這種沖擊性負(fù)載進(jìn)行平滑控制。

根據(jù)以上起重機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn),變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要設(shè)備將采用以下方法選擇:

3.1 變頻器容量的選擇

3.1.1 起升機(jī)構(gòu)(主/副 鉤)驅(qū)動(dòng)變頻器的容量P0(kVA)必須大于負(fù)載需求:

 

3.2 制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻的選擇

3.2.1平移機(jī)構(gòu)制動(dòng)單元、制動(dòng)電阻的選擇

平移機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)上的制動(dòng)單元、制動(dòng)電阻一般按變頻器說明書上對(duì)變頻器與制動(dòng)單元、制動(dòng)電阻的標(biāo)準(zhǔn)配置進(jìn)行選擇。

3.2.2起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)單元、制動(dòng)電阻的選擇

起升機(jī)構(gòu)在下降過程中再生電能能量大,時(shí)間長,為保證變頻器正常工作需重新配置制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻。

(1)電阻值RB 的計(jì)算

RB的最小電阻值Rmin由變頻器的最大電流值I(max)和制動(dòng)單元技術(shù)規(guī)格決定如下

 

4. 起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 變頻調(diào)速系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)

現(xiàn)以江蘇溧陽某變壓器廠50T雙梁橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)變頻改造為例,詳細(xì)說明起重機(jī)變頻調(diào)速的設(shè)計(jì)步驟。該起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用的是YZR315S-10 的電機(jī),功率為55KW,根據(jù)式(1)及電機(jī)參數(shù)計(jì)算得到起升機(jī)構(gòu)所需的變頻器容量為95KVA,現(xiàn)采用四方電氣高性能重載性矢量變頻器A510-4T0750變頻器,該變頻器容量為98KVA,且具有超強(qiáng)的過載能力和啟動(dòng)力矩以及多種典型宏參數(shù)可一件完成設(shè)置,內(nèi)置的三相濾波器和電抗器減少了諧波,增強(qiáng)了抗干擾,因此非常適合起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的工況應(yīng)用,制動(dòng)電阻根據(jù)式(3)到(6)求得。具體設(shè)計(jì)如圖3所示,由于不需要串電阻調(diào)速,因此要將電機(jī)的轉(zhuǎn)子短接, K1,K2為正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)信號(hào),K3,K4,K5為多段速控制信號(hào),電磁制動(dòng)接觸器控制電磁制動(dòng)器的抱閘動(dòng)作。

 

4.2起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制要點(diǎn)

橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)中,大車和小車一般由一臺(tái)變頻器帶多臺(tái)電機(jī),因此變頻器采用U/F控制方式,而起升機(jī)構(gòu)為一對(duì)一控制,為獲得良好的性能采用無感矢量控制模式。起重機(jī)在電磁制動(dòng)器抱住之前和松開后的瞬間,極易發(fā)生重物由停止?fàn)顟B(tài)下滑而產(chǎn)生溜鉤。在這個(gè)問題上主要考慮變頻器運(yùn)行時(shí)與電磁制動(dòng)器接觸器吸合的配合時(shí)間,若在上升,下降過程中制動(dòng)器打開過早,易出現(xiàn)溜鉤,打開過晚,變頻器容易報(bào)故障,在停車過程中,若抱閘過早,變頻器容易報(bào)故障,抱閘過晚容易出現(xiàn)溜鉤。所以,解決此問題的關(guān)鍵主要有兩點(diǎn):

1)起吊重物停住控制要點(diǎn)

通過設(shè)定停止起始頻率,和維持時(shí)間(應(yīng)大于制動(dòng)電磁鐵抱閘時(shí)間0.6S),當(dāng)變頻器的工作頻率下降到時(shí),變頻器輸出一個(gè)“頻率到達(dá)信號(hào)”,發(fā)出制動(dòng)電磁鐵斷電指令,此時(shí)維持一段時(shí)間,隨后變頻器工作頻率降為0Hz。

2)起吊重物起升降控制要點(diǎn)

設(shè)定“升降起始頻率”和檢測(cè)電流時(shí)間,當(dāng)變頻器到達(dá)的同時(shí),變頻器開始檢測(cè)電流,確認(rèn)電流足夠大,產(chǎn)生的力矩能抵消下降力矩時(shí)發(fā)出送開指令,使制動(dòng)電磁鐵開始通電松開抱閘,應(yīng)大于電磁鐵松開時(shí)間。但還有其他參數(shù)及機(jī)械上的配合;譬如:變頻器的加減速時(shí)間,電磁制動(dòng)器彈簧的松緊程度等。具體控制邏輯如圖4所示。

 

結(jié)論

通過大量的現(xiàn)場(chǎng)裝備,和該廠原有系統(tǒng)相比,調(diào)速精度高,運(yùn)行平穩(wěn),加快了裝配速度,提高了工作效率,在低速時(shí)啟動(dòng)力矩大,系統(tǒng)啟動(dòng)平穩(wěn),減少了對(duì)減速機(jī),聯(lián)軸器,鋼絲繩的機(jī)械沖擊,也降低了對(duì)電網(wǎng)的沖擊,使維護(hù)費(fèi)用大大降低,且節(jié)能效果顯著,充分驗(yàn)證的本文方案的有效性,和可行性。

 

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