1 方案概述
橋式起重機是工礦企業(yè)中應(yīng)用十分廣泛的一種起重機械,，我廠高爐車間16/3.2噸橋式起重機,，使用頻繁，環(huán)境惡劣,，高溫,、金屬粉塵過多。橋式起重機電力拖動系統(tǒng)多采用繞線式交流異步電機,，轉(zhuǎn)子回路內(nèi)串入多段外接電阻調(diào)速,，采用凸輪控制器、繼電器,、接觸器控制,。這種控制系統(tǒng)主要缺點是:
1）大車、小車,、吊鉤主升降,、付起升；拖動運行系統(tǒng)采用變阻調(diào)速,，運行性能差,，而且電阻元件使用普通康銅材質(zhì),，性脆易斷裂，故電阻燒損和斷裂故障時有發(fā)生,，又制成柵狀,，高溫時易彎曲變形造成短路事故，電纜燃燒和損壞,。
2）電機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速屬能耗型轉(zhuǎn)差調(diào)速,，能耗大，機械特性軟,，調(diào)速范圍小,，平滑性差。
3）由于現(xiàn)場環(huán)境中的金屬粉塵,、有害氣體對電動機集電環(huán),、繼電器的腐蝕與短路，再加上繼電器,、接觸器控制系統(tǒng)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(fā)生,，故障率高。
4）調(diào)速平滑性差,，對減速機,、連軸器、鋼絲繩的機械沖擊大,，影響使用壽命,。
5）系統(tǒng)抱閘是在運動狀態(tài)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(shù)的飛快發(fā)展和軟件技術(shù)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(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，可實現(xiàn)橋式起重機的升降,，小車和大車機構(gòu)的無級調(diào)速,，從而極大地提高了系統(tǒng)運行的安全性和精確性。
2 變頻調(diào)速改造方案
對擔負我廠（16/3.2t 橋式起重機）的大,、小車電力拖動系統(tǒng),，吊鉤升降,、電力拖動系統(tǒng)進行變頻調(diào)速技術(shù)改造，以改善其操作性能,、降低故障率能耗率,。橋式起重機的電氣傳動系統(tǒng)工作原理如下。
2.1 變頻調(diào)速改造方案設(shè)計
16/3.2噸橋式起重機的電氣傳動系統(tǒng)為：大車電動機2 臺,，額定功率2×7.5 kW,；小車電動機1 臺，額定功率4 KW ,；主起升電動機1臺,，額定功率37kW；付起升電動機1臺,，額定功率15KW,；改造的具體設(shè)計方案是:
1）電動機采用原有的，即大車的繞線式異步電動機,，其他的繞線式異步電動機保持不變,。
2）用4臺變頻器來控制5 臺電機，實現(xiàn)重載啟動與變頻調(diào)速,， 3）電氣控制系統(tǒng)中,、原各電氣控制柜和繼電器、接觸器一律取消,，更換為新電氣控制柜,，控制柜采用封閉式另加散熱風扇、空氣過濾器,，是用來防護粉塵對電氣元件的危害,。變頻器采用的是日本安川CIMR-HB4A(H1000)、CIMR-HB4AH1000 MR-AB4A(A1000),、CIMR-AB4A(A1000)系列起重專用變頻器,。
4）調(diào)速方式采用具有矢量控制功能的變頻調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速采用起重機專用
電位器調(diào)速控制器控制,。
5）制動方式采用再生制動,、直流制動和電磁機械制動相結(jié)合的方式。運行（重物下降）時,，采取在變頻器直流回路內(nèi)接入制動電阻的方式消耗掉再生的電能,，把運行的大、小車和吊鉤迅速而準確地停止?。ㄋ俳禐?）,。吊鉤作業(yè)時，常常有將重物在半空中停留一段時間的現(xiàn)象（如重物在空中平移或突然停電時）,，變頻調(diào)速系統(tǒng)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(xiàn)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(yè),。
6、由于繞線式異步電動機散熱風扇是一體的,，在低頻率速運轉(zhuǎn)時達不到散熱效果,，所以要在每臺電動機上加一臺單控制的微型軸流風機，完善地達到散熱效果,。避免電動機長時間低轉(zhuǎn)速所產(chǎn)生的高溫現(xiàn)象,。
2.2 電氣工作原理
1）系統(tǒng)的控制指令，由司機室聯(lián)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(diào)速,。吊鉤升降,、機構(gòu)制動打開由變頻器輸出繼電器驅(qū)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(xiàn)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(fā)出報警信號,。
吊鉤升降、機構(gòu)除了變頻器內(nèi)部有保護功能外,，還設(shè)置了線路保護：
（1）零位保護,，由主令控制器零位觸點實現(xiàn)此功能,；
（2）限位保護，由高度限制器實現(xiàn),；
（3）線路設(shè)有低壓斷路器作為短路保護,。
1）小車運行機構(gòu)電氣拖動系統(tǒng)小車運行機構(gòu)由一臺變頻電機驅(qū)動，采用1 臺變頻器控制,，系統(tǒng)控制方法與起升機構(gòu)電氣傳動系統(tǒng)類似,。
2）大車運行機構(gòu)電氣拖動系統(tǒng)大車運行機構(gòu)由兩臺變頻電機驅(qū)動，采用1臺變頻器控制,，系統(tǒng)控制方法與小車運行機構(gòu)電氣傳動系統(tǒng)類似,。
3.1 變頻器的選擇
變頻器采用日本安川H1000、A1000,、系列起重專用變頻器,。
3.1.1變頻器控制方式的選擇
由于起重機機構(gòu)多為恒轉(zhuǎn)矩負載，故選用帶低速轉(zhuǎn)矩提升功能的電壓型變頻器,。
平移機構(gòu)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U/f 開環(huán)控制方式的安川A1000 型變頻器；起升機構(gòu)慣量較小,，負載變化大,，屬于位能性負載，為獲得快速的動態(tài)響應(yīng),，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的快速調(diào)節(jié),，獲得理想的動態(tài)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，采用閉環(huán)矢量控制方式可獲得穩(wěn)定的工作狀態(tài)和良好的機械特性,。
3.1.2 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(jù)的,。由于繞線轉(zhuǎn)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(diào)速時應(yīng)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(zhuǎn)子異步電動機額定電流往往較大,，所以選擇時應(yīng)考慮一定余量,。雖然起重機升降機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量很小，加速時間較短,，但考慮到電網(wǎng)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(gòu)電動機的變頻器容量,。大車、小車運行機構(gòu)屬于大慣量負載,，其加減時間一般不超過20 s,，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>2 min時,，變頻器功率選擇應(yīng)放大些，以此來選擇大車,、小車運行機構(gòu)電動機的變頻器容量,。
3.1.3 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(tài)，變頻器內(nèi)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(wǎng)或增設(shè)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單元,。大車,、小車、主付升,、降,，制動單元均選用日本安川H1000 型與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(chǎn),、變頻器專用制動電阻器。
1）變頻器運行,、停止控制,；
2）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,；
3）升降變頻器控制方式切換,；
4）電氣閉鎖保護控制；
5）任何時刻斷電,，系統(tǒng)將會立即停止運行,，制動器制動。
4 系統(tǒng)控制要點
橋式起重機拖動系統(tǒng)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(diào)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(tǒng)中需要引起注意的是關(guān)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(fā)生重物由于停止狀態(tài)下滑而產(chǎn)生溜鉤現(xiàn)象。在這個問題上,，主要用變頻器運行參數(shù)設(shè)置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完美的效果。
4.2 起吊重物升降控制要點
4.3 自動轉(zhuǎn)矩提升設(shè)置
自動轉(zhuǎn)矩提升設(shè)置,，在調(diào)試過程中適當?shù)靥岣咧蓄l電壓可以改善低頻特性,，從而提高啟動轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩防止溜鉤,。
吊車使用完畢后，應(yīng)將主令控制器放置零位,，30 s后按下停止按鈕,，斷開主電源，關(guān)閉風機及照明電源開關(guān),，確認斷電后,，鎖好操作室門方可離開。
5 變頻器功能參數(shù)的設(shè)置
橋式起重機各傳動機構(gòu)改造采用的日本安川H1000和A1000系列變頻器的功能參數(shù)設(shè)置,。
6 改造后的應(yīng)用效果,；改造效果主要表現(xiàn)為：
1）橋式起重機的啟動、制動,、加速,、減速等過程更加平穩(wěn)快速，定位更加準確,，減少了負載波動,，安全性大幅提高。
2）系統(tǒng)運行的開關(guān)器件實現(xiàn)了無觸點化,，具有半永久性的壽命,。
3）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,。
4）電磁制動器在低速時動作,其閘皮的磨損很小,，使用壽命延長。
5）降低了對電網(wǎng)的沖擊,。
6）節(jié)約能源,，變頻調(diào)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(jié)能可達30%左右。在生產(chǎn)工況相同的情況下電耗和維修費用比改制前節(jié)能20%左右,。
通過技術(shù)改造,，不僅提高了橋式起重設(shè)備安全運行時間，也使工作勞動維修強度維修成本大幅降低,，因此,，變頻調(diào)速技術(shù)在橋式起重機上的應(yīng)用是提高工作效益、降低能耗保障工作安全的選擇,。