橋式起重機(jī)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(jī)械,，主要結(jié)構(gòu)分為：橋架、大車行走機(jī)構(gòu),、小車行走機(jī)構(gòu)及起升機(jī)構(gòu),。其中，大車及小車機(jī)構(gòu)帶動(dòng)吊車前后左右行走,，起升機(jī)構(gòu)拖動(dòng)重物負(fù)載上下運(yùn)動(dòng)。
吊車的大車,、小車及起升機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,，其阻轉(zhuǎn)矩基本不變，可看作為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,。重物上升時(shí),，電動(dòng)機(jī)克服重力做功，屬于阻力負(fù)載,；重物下降時(shí),，當(dāng)重力大于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦阻力時(shí)，重物的位能成為下降的動(dòng)力,，電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)狀態(tài),，此時(shí)重物屬于動(dòng)力負(fù)載。
·原型拖動(dòng)方案
吊車各部分的拖動(dòng)系統(tǒng),，一般都需要調(diào)速,。在變頻技術(shù)成熟之前,，繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串接電阻調(diào)速是起重機(jī)械中最常見(jiàn)的調(diào)速方法。
繞線式電機(jī)主電路如左圖所示：通過(guò)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" title="接觸器">接觸器來(lái)控制接入電阻的多少,，從而控制轉(zhuǎn)速。該方案存在下述問(wèn)題：
1．設(shè)備故障率高
因工礦企業(yè)工作環(huán)境差,，風(fēng)塵,、腐蝕性氣體等極易對(duì)電機(jī)滑環(huán)、碳刷及接觸器造成不良影響,，加之電機(jī)啟動(dòng)頻繁,，電流及機(jī)械沖擊大，因此月平均故障率可高達(dá)數(shù)次,；
2．控制線路復(fù)雜
電機(jī)調(diào)速級(jí)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(fù)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(jī)損耗功率以熱能形式釋放,，能量不能回收,，電阻需定時(shí)更換。
4. 能耗分析
線繞式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路串入電阻后,，其機(jī)械特性如下圖所示,。
因轉(zhuǎn)差變大，機(jī)械特性變“軟”,，在負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL不變的情況下,，拖動(dòng)系統(tǒng)的工作點(diǎn)由A點(diǎn)移到B點(diǎn)，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(jī)輸出功率為（曲線②）：
Pout = TL•n2
3. 電機(jī)損失功率為（曲線②）：
△P = TL•（ n0- n2 ）
如上圖所示,，①、②號(hào)曲線分別為線繞式電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串入電阻前,、后的機(jī)械特性曲線,。圖中陰影部分表明電機(jī)在串入調(diào)速電阻后，其功率損失增大許多,，且機(jī)械特性偏“軟”,，電機(jī)驅(qū)動(dòng)能力明顯下降。
·提升機(jī)變頻調(diào)速" title="變頻調(diào)速">變頻調(diào)速方案
近年來(lái),，隨著變頻技術(shù)的日益成熟,，以及變頻器價(jià)格的不斷降低，變頻調(diào)速技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，加之國(guó)家對(duì)節(jié)電節(jié)能技術(shù)的積極推廣,，起重機(jī)械的變頻改造已成為趨勢(shì),。
深圳市英威騰" title="英威騰">英威騰電氣有限公司作為國(guó)內(nèi)主要變頻器專業(yè)制造商，始終致力于變頻器的市場(chǎng)推廣與行業(yè)應(yīng)用,。2004年推出的CHV系列高性能" title="高性能">高性能矢量變頻器,，已廣泛應(yīng)用于注塑機(jī)械、提升機(jī)械,、拉絲機(jī)械,、紡織機(jī)械、數(shù)控機(jī)床等要求較高的場(chǎng)合,。下文將以CHV矢量變頻器為核心,，詳細(xì)闡述提升機(jī)械變頻調(diào)速方案。
·工藝要求及變頻控制要點(diǎn)
1．調(diào)速范圍
大型吊車多采用有級(jí)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(shè)定功能,，在閉環(huán)矢量控制" title="矢量控制">矢量控制模式下,，其調(diào)速范圍高達(dá)1：1000，可輕松滿足需求,；
2．制動(dòng)定位
大車,、小車及起升機(jī)構(gòu)都要求有定位功能，較重負(fù)載制動(dòng)定位時(shí),，拖動(dòng)電機(jī)常處于再生制動(dòng)狀態(tài),；變頻調(diào)速時(shí)，需加裝制動(dòng)電阻,，采用電制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)相結(jié)合的制動(dòng)方式,，以確保準(zhǔn)確停車；
3．吊鉤啟動(dòng)
吊鉤從地面拖動(dòng)重物啟動(dòng)時(shí),，為避免機(jī)械沖擊,，啟動(dòng)檔的速度不能過(guò)快；CHV變頻器具有豐富的加減速預(yù)設(shè)曲線,，吊鉤啟動(dòng)可選擇“S”型加速曲線，保證加速過(guò)程平穩(wěn)順暢,；
4．溜鉤處理
吊鉤拖動(dòng)重物起停時(shí),，電動(dòng)機(jī)與抱閘裝置配合不當(dāng)，容易造成重物滑落,，即所謂“溜鉤”問(wèn)題,； CHV變頻器在閉環(huán)矢量控制模式下，0Hz運(yùn)行時(shí)最大可輸出180%的額定轉(zhuǎn)矩，能很好解決吊車溜鉤問(wèn)題,。
·節(jié)能分析
右圖為異步電動(dòng)機(jī)主回路串接變頻器后的機(jī)械特性圖,。
圖中曲線①為電機(jī)調(diào)速前的機(jī)械特性，曲線③為電機(jī)變頻調(diào)速后的機(jī)械特性,。對(duì)比可知,，變頻器調(diào)速的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)就是在調(diào)速的同時(shí)能夠調(diào)整供電電壓，使電機(jī)的機(jī)械硬性基本保持不變,。相比繞線式異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差調(diào)速,，在負(fù)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(jī)輸出功率為（曲線③）：
Pout = TL•n2
3．電機(jī)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(jī)參數(shù)及需選配變頻器清單如下：
電控方案說(shuō)明：
1,、提升電機(jī)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(wú)PG矢量控制,；
2、原繞線式電機(jī)可不必更換,，但需把電機(jī)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(dòng)電阻或制動(dòng)單元（15KW以上變頻器制動(dòng)單元外置）,；
4、因應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)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(jī)為例，其主電路示意圖如下：
用變頻器運(yùn)行信號(hào)控制電磁抱閘,；變頻器在有PG矢量控制模式下,，0Hz運(yùn)行時(shí)可輸出180%額定轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間在20ms以內(nèi),，完全可滿足吊車的應(yīng)用要求,，有效避免溜鉤問(wèn)題及起停抖動(dòng)問(wèn)題；
當(dāng)然,，對(duì)于一些高檔提升機(jī)械,，還會(huì)應(yīng)用到PLC來(lái)進(jìn)行對(duì)提升機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu),、橫動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行集中控制,，實(shí)現(xiàn)多種功能，控制簡(jiǎn)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(yīng)用于橋式吊車領(lǐng)域,，有效滿足吊車的控制工藝要求,，并得到客戶的一致認(rèn)同。英威騰公司提出的吊車變頻控制方案，推動(dòng)了吊車電氣控制技術(shù)的發(fā)展,，完全滿足吊車的軟啟動(dòng),、軟停車、無(wú)沖擊,、平滑調(diào)速功能,，有效降低系統(tǒng)的能耗及機(jī)械的維護(hù)成本，延長(zhǎng)機(jī)械的使用壽命,。