變頻器在起重機(jī)的應(yīng)用

引言

起重機(jī)是在一定范圍內(nèi)垂直提升和水平搬運(yùn)重物的多作用起重設(shè)備。橋式起重機(jī)的類型包括橋式起重機(jī)、特種起重機(jī)、門式起重機(jī)、裝卸橋等。動(dòng)臂起重機(jī)包括汽車起重機(jī)、輪胎起重機(jī)、履帶式起重機(jī)、塔式起重機(jī)、門座起重機(jī)、浮式起重機(jī)和鐵路起重機(jī)，起重機(jī)是現(xiàn)代高層施工中必不可少的施工設(shè)備。特別是在建筑施工，裝卸貨物中擔(dān)任了極其重要的任務(wù)，對(duì)于保證施工工期和安全，降低施工成本，提高效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度起著不可代替的作用。

國(guó)產(chǎn)建筑機(jī)械制造工藝水平不斷提高，隨著變頻器在起重機(jī)上的廣泛應(yīng)用，舒適性和安全性也越來(lái)越成熟，為國(guó)產(chǎn)建筑機(jī)械走向國(guó)際化奠定了基礎(chǔ)。

變頻調(diào)速原理

變頻調(diào)速的基本原理是根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系得出的，交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系為:

n=60f1(1-s)/p

式中 n--電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速;

f1--供電頻率;

p-電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù);

s--滑差率，s=(n1-n)/n1

n--電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速。

由上式可知，若均勻地改變定子供電頻率f，就可以平滑地改變電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)調(diào)速運(yùn)行。

在起重機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，一臺(tái)變頻器帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)，所以采用開環(huán)形式的U/f、矢量控制及閉環(huán)控制。即根據(jù)所生電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，適當(dāng)?shù)匕凑展ゎl電源的頻率，而頻率的變化必然會(huì)引起電動(dòng)機(jī)磁通的變化。為了充分利用電動(dòng)機(jī)的鐵心，保持磁通恒定，就要使電壓和頻率的比值保持恒定(U1/f1=CΦm=常數(shù))。采用U/f控制的變頻器控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，多用于對(duì)精度要求不高的通用變頻器。

起重機(jī)的PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)

起重機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)原理如圖4-1所示。PLC根據(jù)提升機(jī)的位置和速度信號(hào)向變頻器發(fā)出控制指令，變頻器根據(jù)指令控制起重機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)。

同時(shí)當(dāng)變頻器檢測(cè)出故障時(shí)，變頻器向 PLC發(fā)出信號(hào)，PLC根據(jù)控制指令使起保護(hù)作用的繼電器運(yùn)作，切斷電源，從而保護(hù)起重機(jī)的動(dòng)力剎車系統(tǒng)，達(dá)到可靠的安全系統(tǒng)。

圖4-1

變頻器特性

FR500/FR510 系列矢量控制變頻器主要定位為中高端市場(chǎng)的 OEM 客戶及特定要求的重載型負(fù)載應(yīng)用場(chǎng)合，其設(shè)計(jì)靈活，內(nèi)嵌 FVC（FR510）、SVC、VF 控制于一身。

1.設(shè)計(jì)理念：

靈活相對(duì)市場(chǎng)應(yīng)用空間有一定的提升，減小變頻器的安裝空間，提高電箱整體的扇熱空間。

2.適應(yīng)電壓：

自適應(yīng)額定輸入電壓三相 380 V（-15%～+30%）

3.控制模式：

多種控制方式，可廣泛應(yīng)用于對(duì)速度控制精度、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度、低頻輸出特性有較高要求的應(yīng)用場(chǎng)合。

性能特點(diǎn)

FR510S變頻器是一款針對(duì)高速主軸研發(fā)的工程伺服驅(qū)動(dòng)器，具有豐富的I/O接口，具有調(diào)速范圍廣、響應(yīng)速度快、控制精度高等特點(diǎn)，特別是具有響應(yīng)速度快（25000轉(zhuǎn)加減速只需要0.8S），和控制精度高特點(diǎn)（閉環(huán)矢量控制下誤差為0.025%最高速度、電機(jī)振動(dòng)速度在0.2mm/s以下）保證了高速電主軸能平穩(wěn)運(yùn)行。

調(diào)速范圍寬，可實(shí)現(xiàn)有準(zhǔn)確控制定位要求的作業(yè)

軟啟動(dòng)、軟停止的功能降低了機(jī)械傳動(dòng)沖擊，可明顯改善鋼結(jié)構(gòu)的承載性能，延長(zhǎng)了起重機(jī)的使用壽命

高集成度組件及高可靠性低壓電器，有效解決原電氣系統(tǒng)接線復(fù)雜問題，不僅降低了系統(tǒng)故障機(jī)率，而且易維護(hù)

電動(dòng)機(jī)在零速時(shí)，能全力矩輸出，即使制動(dòng)器松動(dòng)或失靈時(shí)，也不會(huì)出現(xiàn)重物下滑，確保系統(tǒng)安全可靠

具有快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，不會(huì)出現(xiàn)溜鉤，真正實(shí)現(xiàn)“零速交叉”功能。

FR500系列變頻器介紹

01FR500接線原理圖

圖4-2

02FR500系列制動(dòng)電阻的選型

當(dāng)變頻器帶大慣性負(fù)載減速或者是需要急減速時(shí)，電機(jī)會(huì)處于發(fā)電狀態(tài)，將負(fù)載能量通過(guò)逆變橋傳遞到變頻器直流環(huán)節(jié)，引起變頻器母線電壓抬升，當(dāng)超過(guò)一定值時(shí)，變頻器就會(huì)報(bào)過(guò)電壓故障，甚者會(huì)導(dǎo)致變頻器內(nèi)部功率模塊過(guò)壓損壞，為防止該現(xiàn)象的發(fā)生，必須配置制動(dòng)組件。

以下為推薦使用的制動(dòng)電阻功率以及阻值。根據(jù)負(fù)載情況，用戶可以適當(dāng)改變?nèi)≈?，但必須在推薦的范圍內(nèi)。

圖4-3

起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試

01FR500變頻器的調(diào)試

在確保主電路及控制電路接線正確的情況，系統(tǒng)開始上電調(diào)試。通過(guò)變頻器上的操作面板設(shè)置電機(jī)的參數(shù)，并選擇靜態(tài)自學(xué)習(xí)方式辨識(shí)電機(jī)，辨識(shí)完成后，設(shè)置控制模式，輸出頻率，加減速時(shí)間，繼電器 DO輸出方式，抱閘松開和鎖緊的檢測(cè)頻率及其它相應(yīng)參數(shù)(其具體設(shè)置參數(shù)詳見各變頻器使用說(shuō)明書)，參數(shù)設(shè)置完成后，按照起重機(jī)的國(guó)際實(shí)驗(yàn)規(guī)則，將進(jìn)行空載調(diào)試、額定負(fù)載調(diào)試及125%額定負(fù)載調(diào)試幾個(gè)階段。在調(diào)試時(shí)，若出現(xiàn)溜鉤現(xiàn)象，可適當(dāng)調(diào)高抱閘頻率，但不宜設(shè)置過(guò)高，否則變頻器易報(bào)故障，一般設(shè)置在0.3~2Hz內(nèi)。

02參數(shù)表

圖4-4

起重機(jī)的安全調(diào)試

01超載測(cè)試和防墜測(cè)試

安全是提升機(jī)最重要的標(biāo)準(zhǔn)，在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)必須按照國(guó)標(biāo)進(jìn)行安全測(cè)試。在空載測(cè)試時(shí)，可測(cè)試起重機(jī)上下限位、起重機(jī)限位開關(guān)是否按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作；在125%額定負(fù)載調(diào)試后，將超載保護(hù)器調(diào)整為110%，進(jìn)行超載測(cè)試。

防墜測(cè)試，通常在起重機(jī)上安裝有防墜安全器，防墜安全器是起重機(jī)上重要的一個(gè)部件，要依靠它來(lái)消除吸盤，吊鉤墜落事故的發(fā)生，工地上使用中的起重機(jī)都必須每三個(gè)月進(jìn)行一次墜落試驗(yàn)，墜落試驗(yàn)可通過(guò)提高變頻器輸出頻率，使電機(jī)驅(qū)動(dòng)吊籠在模擬墜落的速度下，看防墜安全器是否動(dòng)作。

02穩(wěn)定性測(cè)試

啟動(dòng)時(shí)要注意設(shè)備移位的穩(wěn)定性，需要保持變頻器的同步運(yùn)行達(dá)到雙向左側(cè)與右側(cè)的電機(jī)達(dá)到同步進(jìn)行側(cè)移，禁止有速度差影響行車滑動(dòng)帶來(lái)的摩擦損壞設(shè)備。

審核編輯：湯梓紅