变频器在桥式起重机上的应用实例

变频器在桥式起重机上的应用实例

上海市黄渡起重机械厂技术科

沈国良

桥式起重机俗称行车，是工矿企业中应用十分广泛的一种起重机械，其运行机构的三个基本独立的拖动系统形成，大车拖动系统，小车拖动系统，吊钩拖动系统组成，行车对小车和大车的拖动要求一般，变频器的普通功能即可实现，这里不在详述，下面着重介绍如何解决生产过程中主副钩力矩的配合问题。

一、问题的提出

我公司为上海航空发动机厂制造的QD型30/5t * 22.5m抓斗式吊车为该类起重设备，运转率高，操作频繁，又因其为典型的继电器，接触器控制模式，经常出现接触器触点烧损，引起电机缺相，烧坏电机，加上碳刷的频繁更换，滑环的磨损等都大大增加了维护量和生产成本。同时也多次因吊机的故障导致主机停车，严重影响了该公司的正常生产，为扭转被动局面，优化设备配置，我公司决定对该吊车进行变频改造。

二、改造中需要解决的几个问题

1、起动时，电机除克服负载转矩外，还必须克服静摩擦力，拖动系统应有足够大的力矩。

2、吊车下降时，系统要克服重物因重力加速度而不断加速造成“飞车”事故。

3、重物在空中停留前后，不能出现“溜钩”现象。

4、频繁正反转要求制动可靠，制动时间尽可能短，以便于提高工作效率。

三、变频器调速系统的特性，有以下几点：

1、起动转矩大，可达200%，抗冲击能力强，适合频繁正反转起动。

2、采取闭环矢量控制功能的变频调速系统，多段速度控制方式能够满足吊车运行要求，软件功能强大，提供各类工程流程所需的应用宏。

3、各项保护功能完善，具有过压保护、过流保护、欠压保护、接地故障保护、输入输出缺相保护、变频器过热保护、电动机过载保护、失速保护、电动机欠载保护以及+24V和+IOV参考电压短路保护等多项保护。

4、带有FCDRIVE微机调试工具，变频器配有RS232标准接口，便于外部通讯和远程诊断，以及各类应用宏程序的下载安装。

5、具有动态制动的特点，可采用外部连接制动电阻或使用内部制动电阻的制动断续器，有效控制、改变电动机运行状态。

四、改造方案

1、为节约投资，电机仍采用原绕线转子异步电动机将转子绕组引出线短接。

2、调速方法采用具有矢量控制功能的VACON CXS变频器调速系统，选择多段速度控制，利用VACON CXS 变频器数字输入DIB6的设置。

3、制动方法变频器采取直流制动和以小型异步机为动力的机械制动相结合。

4、原主令电器（操作手柄）保留，符合原操作工的操作习惯。

五、改造过程中出现的问题及处理方法

在设备安装完成后，调试中发现，无论在提升或下降需要停车时，制动不严，并出现溜钩现象。分析其原因是由于抓斗停止时，机械抱闸动作需要一段时间(约0．6s)，而变频器因过早关断停止输出，造成抓斗出现由静止状态下滑的现象，这种现象俗称“溜钩”。针对此现象，采取了以下措施：

1)修改设置参数——最小频率：由原来的0Hz改为2Hz，作为停止频率，以保持提升和开闭电动机起动或停止时有足够的初始转矩，但是此频率不宜设置过高，否则会影响抱闸闸皮的寿命，此参数的改变应根据设备运行实际情况调整。

2)开闭电动机减速时间：由原来的1．1s改为1．7s，将机械抱闸动作时间加进来，但此减速时间不宜过长，否则一方面会加大操作时间，效率低；另一方面也会降低抱闸闸皮的使用寿命。抓斗闭合后迅速提升时，此时主要出力电动机为开闭电动机(高频率下)，提升电动机速度较慢(低频率下)出力较小，这样会引起两方面的后果：一方面，提升电动机速度慢，极易造成提升电动机堆绳；另一方面，由于开闭电动机出力过大，引起过载跳车，严重时造成“飞车”现象。

为了保证开闭电动机、提升电动机之间的速度和力矩平衡，防止上述问题，采取了以下措施：

1)硬件连接：将2个变频器控制端子(如表1)连接起来，分别将开闭电动机变频器的力矩输出端子(18、l9)与提升电动机变频器的控制端子(4、5)连接，作为力矩比较的依据(变频器程序菜单程序中可设置此功能)；这样，当开闭电动机开始上提重物时，其变频器输出力矩会快速上升，此力矩作为提升电动机的反馈信号，当此信号达到提升电动机额定转矩的20％时，提升电动机起动运行，并快速上升追赶开闭电动机，直到2台电动机力矩出力基本平衡，这时电动机的输出力矩很大，足以克服重力作用防止“飞车”。2台变频器的控制接线如图2所示。

2)软件支持-利用FCDRIVE微机调试工具，通过变频器RS232标准接口，将相应控制软件(应用宏)下装到2台变频器的CPU中，其中提升电动机的变频器的应用宏为从机应用宏，目的是加速追赶开闭电动机，以达到同步共同出力，开闭电动机的变频器的应用宏为多目标控制应用宏。

3)特殊参数设置——改变最大频率：将控制开闭电动机变频器的最高频率设为47Hz，控制提升电动机变频器的最高频率设为57Hz，做到吊斗抓料提升过程中，提升电动机在短时间内追上开闭电动机，共同出力。吊车改造完成后试运行过程中，出现了整流单元放炮的故障。发现直流制动单元的外接制动电阻部位，因吊车运行中电动机的频繁起停，造成局部过热；又因制动电阻接线端子与其连接导线间距过小，引起连接导线绝缘老化而短路，造成整流单元损坏。后进行了相应改进，运行正常。

六、改造效果

该台吊车控制系统改造费用约7．5万元，改造后，设备运行可靠性显著提高，维护量大大减少，节能显著，取得了良好效果。

1)解决了电动机运行维护的薄弱环节。由于原为绕线式异步电动机，改造后转子绕组引出线短接，从而消除了电刷和滑环需维护的薄弱环节。

2)控制系统故障率大大降低。采用变频调速控制后，系统大大简化，实践证明可靠性大大提高。

3)调速质量显著提高。由于变频器采取直流制动和小型异步电动机为动力的机械制动相结合，吊车运行的稳定性大大加强，杜绝了“飞车”现象。

4)变频器完善的各项保护功能，使电动机因过载、缺相造成的损坏几乎降为零；其软启动特性也大大降低了机械设备的磨损。

5)机械抱闸由于几乎在零速下制动，不但运行更加稳定，而且延长了抱闸的使用寿命，同时也节约了维修成本。

6)节能效果十分可观。绕线式异步电动机在低速运行时，转子回路的外接电阻消耗大量的电能因改为短接完全可以节约；另外，吊车上的电动机全部由变频器进行调速控制，杜绝了电动机空载或半载消耗。加装电表后统计表明，粘土吊车经变频改造后按运行周期比较可节省约30％的电能，改造效果显著。

七、结束语

通过实际应用，改造后的系统性能得到了很大的改善。主要体现在以下几个方面：用结构简单、可靠性高的鼠笼式电机，避免了因滑环，碳刷磨损或腐蚀引起接触器不良而造成电机损坏或不能起动的故障，交流接触器的数量由原来的21个减少到5个，电机主电路实现了无触点化，避免了因频繁动作而烧损，以及由于触头烧损而引起的电器故障，采用变频调速，运行效率高、节能、机械特性硬，负载变化时，各档速度基本不变，轻载时不会因操作不当而出现下降变力上升的换控现象。根据现场操作情况，很方便地调整各档速度和加速时间，使吊车操作更加灵活，反应迅速。