變頻器在建筑工地塔吊上的應(yīng)用

林燦宏

摘要:變頻調(diào)速控制技術(shù)的發(fā)展十分迅速,人們越來越多的認(rèn)識到使用變頻調(diào)速的優(yōu)越性,大有一統(tǒng)電控傳動系統(tǒng)的勢頭,變頻調(diào)速控制系統(tǒng)主要采用變頻調(diào)速技術(shù)和可編程控制技術(shù),真正實(shí)現(xiàn)了變頻器在位勢能負(fù)載上應(yīng)用的作用,并達(dá)到軟起、軟停和將再生電能回饋電網(wǎng)的目的?？扇〈鷤鹘y(tǒng)的起重機(jī)調(diào)速系統(tǒng),使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)更平穩(wěn),更安全,適用于新設(shè)備的制造和既有設(shè)備改造。

關(guān)鍵詞:塔吊變頻器變頻調(diào)速

中圖分類號:TN77 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(c)-0130-01

隨著我國建筑業(yè)的不斷發(fā)展,建筑施工機(jī)械化水平的不斷提高,建筑用塔式起重機(jī)已越來越普遍,從普通的多層建筑小區(qū)、房地產(chǎn)工程、高層建筑到大型的鐵路工程、橋梁工程、電力工程、水利工程,到處都有塔機(jī)的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、微電子技術(shù)、程控語言控制技術(shù)都在塔機(jī)上得到了應(yīng)用。

1變頻器的工作原理

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們知道,交流電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式位:

n＝60f(1－s)/p(1)

式中n為異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速;

f為異步電動機(jī)的頻率;

s為電動機(jī)轉(zhuǎn)差率;

p為電動機(jī)極對數(shù)。

由式(1)可知,轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比,只要改變頻率f即可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速,當(dāng)頻率f在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時(shí),電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的,是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。

2塔吊起重機(jī)的基本構(gòu)件及傳統(tǒng)塔吊控制系統(tǒng)存在的問題

2.1 基本構(gòu)件

(1)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu):用于拖動吊鉤及重物順著橋架做“縱向”運(yùn)動,由電動機(jī)、制動器、減速裝置和車輪組成。

(2)提升機(jī)構(gòu):用于拖動重物做上升或下降的起升運(yùn)動,由電機(jī)、減速裝置、卷筒和制動器組成。

(3)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu):拖動橋臂以軸為中心做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,由于防止跑偏,通常由雙電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、制動器組成。

2.2 傳統(tǒng)塔吊起重機(jī)控制系統(tǒng)存在的問題

傳統(tǒng)的塔吊驅(qū)動方案一般采用:(1)直接起動電動機(jī);(2)改變電動機(jī)極對數(shù)調(diào)速;(3)轉(zhuǎn)于串電阻調(diào)速;(4)渦流制動器調(diào)速;(5)可控硅串級調(diào)速;(6)直流調(diào)速。

前四種方案均屬有級調(diào)速,調(diào)速范圍小,無法高速運(yùn)行,只能在額定速度以下調(diào)速;且低速就位性能差,長期低速運(yùn)行會引起電阻器、渦流制動器嚴(yán)重發(fā)熱;起動電流大,對電網(wǎng)沖擊大;常在額定速度下進(jìn)行機(jī)械制動,對起重機(jī)的機(jī)構(gòu)沖擊大,制動閘瓦磨損嚴(yán)重;功率因數(shù)低,在空載或輕載時(shí)低于0.2～0.4,即使?jié)M載也低于0.75,線路損耗大。

可控硅串級調(diào)速雖克服了上述缺點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了額定速度以下的無級調(diào)速,提高了功率因數(shù),減少了起制動沖擊,價(jià)格較低,但目前串級調(diào)速產(chǎn)品的控制技術(shù)仍停留在模擬階段,尚未實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的數(shù)字化,因而在保護(hù)功能及系統(tǒng)監(jiān)控方面還有待于發(fā)展。

直流調(diào)速系統(tǒng)具有很好的調(diào)速性能和起制動性能,很好的保護(hù)功能及系統(tǒng)監(jiān)控功能,但必須采用直流電動機(jī),而直流電動機(jī)制造工藝復(fù)雜,使用維護(hù)要求高,故障率高。

變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展到今天已完全克服了上述不足,同時(shí),對電動機(jī)要求不高,采用普通鼠籠型異步電動機(jī)即可(繞線型異步電動機(jī)也適用)。該電機(jī)制造工藝簡單,使用維護(hù)方便,無論是在起重機(jī)老產(chǎn)品改造還是新產(chǎn)品設(shè)計(jì),變頻調(diào)速都是優(yōu)選方案。

3變頻器裝置的選用

通常用變頻器的輸出電流作為選擇條件。以驅(qū)動單臺電動機(jī)為例進(jìn)行計(jì)算,變頻器銘牌的輸出電流IINV應(yīng)滿足下列兩式:

IINV＞Ied

IINV＞K0I0/Kg

式中:Ied為電動機(jī)額定電流;I0為電動機(jī)最大工作電流,為靜載電流和動載電流之和。當(dāng)負(fù)載要求全壓起動時(shí),為電動機(jī)起動電流;K0為安全系數(shù),重復(fù)短時(shí)工作制一般為1.0～1.1;Kg為變頻器允許過載倍數(shù),見使用手冊。

當(dāng)認(rèn)為所需變頻器容量過大時(shí),可適當(dāng)延長起動時(shí)間,減少動態(tài)電流值。在選擇變頻器時(shí),還應(yīng)考慮它所提供的制動能力,通常變頻器本身具有制動能力,一般在短時(shí)間內(nèi)提供20％額定值的制動力矩,在回轉(zhuǎn)、起升機(jī)構(gòu)中需較大制動力矩,則應(yīng)考慮增加制動單元和制動電阻。

目前變頻器已發(fā)展了幾代,國內(nèi)外適用于各類起重機(jī)上的產(chǎn)品也很多,根據(jù)目前國內(nèi)起重機(jī)領(lǐng)域的使用情況,有幾種產(chǎn)品較適于在起重機(jī)上使用。

國內(nèi)英威騰CHV100起重機(jī)專用矢量變頻器,采用先進(jìn)的控制理論,具有優(yōu)異的力矩控制性能,專業(yè)針對起重配套行業(yè)設(shè)計(jì),可靠的抱閘控制、輕負(fù)載升速、快速停車、超速保護(hù)、預(yù)勵(lì)磁、起動預(yù)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償、松繩檢測、起重機(jī)操作模式、主從控制等特點(diǎn),保證起重行業(yè)使用的安全性、可靠性和高效性;面向起重行業(yè)高、中端用戶需求,有平移機(jī)構(gòu)變頻、全變頻、能耗制動、回饋制動等多種成熟應(yīng)用方案供用戶選擇;廣泛適用于各種起重機(jī)械的起升、俯仰、變幅、大車、小車、回轉(zhuǎn)、抓斗等機(jī)構(gòu)的交流無級調(diào)速。

此外,德國ABB公司生產(chǎn)的ACS600系列,法國施耐得公司生產(chǎn)的ATV66系列變頻器、日本安川公司生產(chǎn)的VS－616G5系列產(chǎn)品等都是高性能產(chǎn)品,在塔式起重機(jī)上都有成功的應(yīng)用,都是可選產(chǎn)品。

4英威騰CHV100變頻器在塔吊回轉(zhuǎn)上應(yīng)用

(1)通用型變頻器(V/F控制),由于機(jī)器低頻轉(zhuǎn)矩太小,造成啟動過程旋轉(zhuǎn)臂抖動厲害。現(xiàn)改用英威騰CHV100高性能矢量變頻器,能很好地解決上述問題;(2)變頻器主要功能碼設(shè)置,按CHV100矢量變頻器說明書和塔吊使用說明書參數(shù)要求進(jìn)行設(shè)置;(3)改造時(shí),起初沒加制動電阻,停車時(shí)旋轉(zhuǎn)臂前進(jìn)角度太大(40Hz,吊了1t重物),啟動過程旋轉(zhuǎn)臂偶爾出現(xiàn)抖動,主要因?yàn)閱訒r(shí)輸出力矩不夠(電機(jī)在啟動過程出現(xiàn)停車現(xiàn)象);而停不下來時(shí),塔吊司機(jī)習(xí)慣打反轉(zhuǎn),變頻器經(jīng)常跳閘。后來加上2倍標(biāo)準(zhǔn)(功率)的制動電阻,經(jīng)優(yōu)化變頻器停車參數(shù)后,停車時(shí),因?yàn)閼T性,旋轉(zhuǎn)臂前進(jìn)角度不到20°(40Hz,吊了1t重物),已經(jīng)達(dá)到建筑起重機(jī)國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。

通過更改加減速時(shí)間,提升啟動轉(zhuǎn)矩和啟動頻率,電動機(jī)從未出現(xiàn)過停車和抖動等現(xiàn)象。

隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展完善,交流變頻調(diào)速技術(shù)日益顯現(xiàn)出優(yōu)異的控制及調(diào)速性能,高效率、易維護(hù)等特點(diǎn),加之它的價(jià)格不斷下降,使其成為起重機(jī)械一種優(yōu)選的調(diào)速方案。但是,要使變頻器成功地應(yīng)用于起重機(jī)調(diào)速,就必須針對起重機(jī)的特點(diǎn),計(jì)算和選擇變頻器及其外圍的輔件,不僅增強(qiáng)了設(shè)備的安全與可靠性,而且為企業(yè)和社會節(jié)省了大量的電能,因此在建筑行業(yè)具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。