變頻器在塔式起重機上的應用

譚曉軍

摘 ? 要：隨著驅(qū)動技術(shù)的快速發(fā)展，各式各樣的變頻器如今已經(jīng)應用到了各行各業(yè)。塔式起重機作為基建領域最常見的工程設備，為我國的基礎建設立下了汗馬功勞。本文先對我國塔機的基本情況作了大概的介紹，然后分析了塔機三大機構(gòu)中的驅(qū)動系統(tǒng)主角——變頻器相比傳統(tǒng)驅(qū)動方式在塔機上所具有的優(yōu)點，闡述了變頻器在塔機三大機構(gòu)上的安全設計與應用方法。

關(guān)鍵詞：變頻驅(qū)動 ?渦流控制 ?安全設計

中圖分類號：TH215 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）06（b）-0058-02

我國是一個基建大國，而塔式起重機幾乎是最常見的也是最重要的基建設備之一。我國的塔機行業(yè)起步于20世紀50年代，相較于西方國家雖然起步較晚，但在國家各種利好政策的驅(qū)動下，塔機整體發(fā)展水平與歐美等發(fā)達國家相比已大為縮小。從塔機的技術(shù)發(fā)展層面來看，塔機產(chǎn)品不斷推陳出新，而且新產(chǎn)品在生產(chǎn)效能、操作簡單、保養(yǎng)便捷和運行可靠等方面均有很大提高，特別是變頻器在塔機上得到了廣泛的推廣和應用，這使得塔機的操作性能得到極大改善。

1 ?在塔機上變頻器相較于傳統(tǒng)調(diào)速方式具有的優(yōu)點

（1）對于塔式起重機，傳統(tǒng)的驅(qū)動控制方式多采用交流繞線式電機串電阻的方法來調(diào)速，由于塔機的工作特性，需要頻繁的正反轉(zhuǎn)、重載荷運行，這使得它的沖擊電流很大。而變頻器調(diào)速的平滑性與連續(xù)性可以很好地改善這一現(xiàn)象。

（2）傳統(tǒng)的調(diào)速方式（無論是繞線式電機串電阻調(diào)速還是變極調(diào)速）線路復雜，不利于檢修;而變頻器一般都有故障碼，可以迅速定位故障點。

（3）調(diào)速方便，可以靈活、準確的調(diào)整運行速度，而且調(diào)速范圍較寬。

（4）制動快速平穩(wěn)，對傳動機構(gòu)的沖擊大為減小，延長了機構(gòu)的使用壽命。

2 ?變頻器在塔機三大機構(gòu)上的應用

通常塔機由4大機構(gòu)組成：起升機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、變幅機構(gòu)、頂升機構(gòu)，由于頂升機構(gòu)的電控比較簡單，在此我們不做介紹。

2.1 變頻器在起升系統(tǒng)上的應用

塔吊的起升機構(gòu)是4大機構(gòu)中對電控要求最高的系統(tǒng)之一，它既要求重物在起吊過程當中保持相當?shù)钠椒€(wěn)性，也要求速度響應的及時性，更要求系統(tǒng)的高度安全性。在這個系統(tǒng)中糅合了重量限制器、力矩限制器、高度限制器，還有風速儀等安全裝置，這些裝置都與重物起降的速度有密切的聯(lián)系。對于速度響應的及時性與重物起降的平穩(wěn)性我們可以通過變頻器的加減速時間、各段速度頻率的合理匹配等參數(shù)設置來加以解決。安全對于塔機來說是重中之重，而對于起升系統(tǒng)的安全性設計，我認為應該從3大方面進行考慮。首先，在起升機構(gòu)拖動重物啟動的瞬間，要求在起升機構(gòu)抱閘裝置打開前變頻器應輸出一定的反向預轉(zhuǎn)矩，否則會出現(xiàn)開閘溜鉤現(xiàn)象造成安全事故。此外還應設置制動抱閘閉合頻率。這一設置主要是為了防止重物在空中暫停時出現(xiàn)閉閘溜鉤現(xiàn)象。其次，對于大噸位的起升系統(tǒng)，其速度控制最好使用閉環(huán)控制，即使用編碼器。這樣系統(tǒng)會時刻檢測起升速度，對于低速啟動和高速運行都有一個安全的判斷，以免出現(xiàn)實際速度與設定速度之間的差值過大，從而提高起升安全性。另外，各種安全限位裝置（比如前面提到的重量限制器、力矩限制器、高度限制器、風速儀等）所發(fā)出的信號一定要在變速邏輯中加以體現(xiàn)。圖1為塔機起升系統(tǒng)主電路圖的一部分，從圖可知，該系統(tǒng)使用了閉環(huán)控制。S1-S5為速度控制信號，S6為抱閘反饋信號，K15為抱閘控制信號。

2.2 變頻器在回轉(zhuǎn)系統(tǒng)上的應用

目前市場上大多數(shù)塔吊的回轉(zhuǎn)系統(tǒng)采用的是雙電機控制。由于電機所驅(qū)動的回轉(zhuǎn)機構(gòu)大臂長度多在60m以上，且均為剛性結(jié)構(gòu)，在大臂帶動重物回轉(zhuǎn)的過程中既要求回轉(zhuǎn)臂能快速停車，更要求定位準確、平穩(wěn)，這就對回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的電控設計提出了更高的要求。對于這種大慣量系統(tǒng)，我們可以選用帶渦流制動線圈的電機作為回轉(zhuǎn)機構(gòu)的動力系統(tǒng)，使渦流線圈參與到回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與平穩(wěn)性控制當中。因此我們可以選擇集成了渦流控制的麥格米特MV600L變頻器作為回轉(zhuǎn)電機的驅(qū)動系統(tǒng)。變頻器、回轉(zhuǎn)電機、渦流線圈與渦流模塊之間的工作原理如圖2所示。

2.3 變頻器變幅系統(tǒng)上的應用

塔吊中的變幅機構(gòu)就是改變所吊重物幅長的裝置。對于建筑工地上常見的水平臂塔吊，它是通過大臂橫梁上載重小車的往返運動來調(diào)整吊鉤覆蓋的幅度范圍，從而達到變幅的目的。對于變幅系統(tǒng)的速度控制，目前一般有兩種控制方式。一種就是選用雙速或三速電機。這種控制方式比較簡單，但接線稍顯復雜，并且換擋速度不連續(xù)，對機械沖擊比較大，操作起來頓挫感強烈。因此大多數(shù)塔機的變幅系統(tǒng)選擇變頻器控制載重小車的行走速度。由于載重小車只做水平移動，因此我們只需要使用變頻器的V/F控制模式即可。如圖3所示，對于變頻器的DI信號則來自PLC，因此在PLC控制邏輯中需要考慮變幅機構(gòu)的換速邏輯，防止載重小車以過高的速度沖向臂尖或塔身，造成意外。載重小車的剎車信號也由變頻器Y1端子發(fā)出。

3 ?結(jié)語

對于塔機的三大機構(gòu)，無論是采用全變頻還是部分機構(gòu)采用變頻控制，在市場上都反映良好。不僅提高了用戶操作的舒適度，更提高了塔機的穩(wěn)定性與安全性。

參考文獻

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