變頻器在橋吊橋式起重機(jī)中的應(yīng)用研究

杜靖宇

摘要： 文章基于變頻調(diào)速的原理，分析在橋式起重機(jī)中應(yīng)用變頻器的控制要點(diǎn)、方法以及表現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)，并且重點(diǎn)研究變頻器在橋式起重機(jī)中應(yīng)用時(shí)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，以供參考。

關(guān)鍵詞： 變頻器;橋吊橋式起重機(jī);應(yīng)用

引言

在目前我國(guó)工業(yè)化快速發(fā)展的過(guò)程中，橋式起重機(jī)在各個(gè)工業(yè)行業(yè)中廣泛應(yīng)用，滿足物體升降和轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)的需求，而且也決定著工業(yè)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。目前的橋式起重機(jī)主要是應(yīng)用繞線式異步電機(jī)以及鼠籠式異步電機(jī)，在實(shí)際應(yīng)用中的控制方式主要就是對(duì)極對(duì)數(shù)或者轉(zhuǎn)子串電阻進(jìn)行改變，但是在實(shí)際的應(yīng)用操作中也容易出現(xiàn)較大的沖擊電流、較大的設(shè)備沖擊以及較大噪聲等問(wèn)題，而且還會(huì)對(duì)設(shè)備的定位精確度造成影響，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行中的故障概率增加和設(shè)備使用壽命的縮短，為此就需要使用變頻器來(lái)對(duì)橋式起重機(jī)的控制方式進(jìn)行改變和優(yōu)化。

變頻調(diào)速概述

變頻調(diào)速的基本原理就是對(duì)電機(jī)學(xué)原理進(jìn)行應(yīng)用，按照以下公式n=60f（1-s）/p，其中的n為電機(jī)的轉(zhuǎn)速，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，就需要改變供電頻率，然后實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的同步改變，實(shí)現(xiàn)對(duì)起重機(jī)運(yùn)行速度的調(diào)節(jié)。這主要是由于在上述公式中，p為極對(duì)數(shù)，在選定電機(jī)之后此數(shù)值為固定數(shù)值，為此，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就會(huì)對(duì)電源頻率表現(xiàn)出正比例的關(guān)系，因此對(duì)供電電源頻率進(jìn)行改變就可以連續(xù)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，而且可以保證上述調(diào)節(jié)過(guò)程的平穩(wěn)性。此種調(diào)速模式具有較廣的調(diào)速范圍、較高的調(diào)速平滑性以及較高的機(jī)械特性，可以滿足恒轉(zhuǎn)矩以及恒功率調(diào)速的要求。

橋式起重機(jī)變頻調(diào)速原理

變頻調(diào)速控制要點(diǎn)

在橋式起重機(jī)中的行車(chē)拖動(dòng)系統(tǒng)中，其主要的作用就是控制大車(chē)、小車(chē)以及升降電機(jī)的速度，而傳統(tǒng)的控制方式就是使用液壓制動(dòng)器制動(dòng)，但是容易在起重機(jī)停止之后出現(xiàn)重物下滑的問(wèn)題。為此在進(jìn)行變頻器的研究設(shè)計(jì)過(guò)程中，重點(diǎn)就是要對(duì)溜鉤問(wèn)題進(jìn)行研究以及優(yōu)化設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。不僅需要在通電到松開(kāi)狀態(tài)保證使用電磁制動(dòng)器不能過(guò)早停止輸出，而且還要避免在需要電磁制動(dòng)的過(guò)程中保證頻率不能太高而導(dǎo)致出現(xiàn)跳閘誤動(dòng)等問(wèn)題。

變頻器控制方法

為了滿足上述要求，使用變頻器進(jìn)行橋式起重機(jī)的控制過(guò)程中，可以在操作人員發(fā)出運(yùn)行指令之后變頻器立即進(jìn)行反應(yīng)，但需要在經(jīng)過(guò)預(yù)先設(shè)定的延遲時(shí)間之后才會(huì)釋放抱閘，提供必要的時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)重物停止到運(yùn)動(dòng)過(guò)程的轉(zhuǎn)矩抱閘狀態(tài)的延緩，避免由于超重而導(dǎo)致溜鉤的問(wèn)題。此外，在停止過(guò)程中，也是在指令下發(fā)之后按照設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行抱閘動(dòng)作，也為運(yùn)動(dòng)重物到停止?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)換提供時(shí)間，保證此類(lèi)起重機(jī)作業(yè)的安全。

變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

在橋式起重機(jī)中應(yīng)用變頻器所表現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：首先就是可以實(shí)現(xiàn)成本的減少。這主要是由于通過(guò)變頻器在橋式起重機(jī)中的應(yīng)用可以優(yōu)化電機(jī)的薄弱部分，而且由于實(shí)現(xiàn)了通過(guò)籠型異步電機(jī)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)，消除了電刷與滑環(huán)等隱患以及所造成的損失，也降低了上述部件的投資成本。其次就是可以實(shí)現(xiàn)使用壽命的延長(zhǎng)。這主要是由于通過(guò)變頻器控制方式可以實(shí)現(xiàn)在停止?fàn)顟B(tài)下的抱閘，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)閘皮磨損問(wèn)題的減輕以及使用壽命的延長(zhǎng)。同時(shí)由于變頻器的啟動(dòng)方式，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械沖擊負(fù)荷的降低，以及減少由于機(jī)械沖擊而造成的設(shè)備損傷問(wèn)題。最后就是表現(xiàn)出具有較低故障概率的優(yōu)勢(shì)。這主要是由于應(yīng)用變頻器之后，可以改變傳統(tǒng)的串電阻調(diào)速控制模式中復(fù)雜的繼電器和接觸器等結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化以及故障概率的降低，提高了起重機(jī)運(yùn)行的可靠性。

變頻器在橋式起重機(jī)中應(yīng)用設(shè)計(jì)

變頻器的選擇

對(duì)于橋式起重機(jī)來(lái)說(shuō)，在應(yīng)用變頻器對(duì)控制方式進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化的過(guò)程中，需要在選擇變頻器時(shí)滿足具有較高安全性、經(jīng)濟(jì)性以及實(shí)用性的要求。可以選擇具有自定義編程、啟動(dòng)巷道以及具有較高集成度優(yōu)點(diǎn)的變頻器，并且結(jié)合PLC控制方式來(lái)滿足起重機(jī)穩(wěn)定作業(yè)的要求。

主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

一是針對(duì)起升結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，通常要求所選擇的變頻器的容量在負(fù)載所需要輸出以上。如果負(fù)載要求電機(jī)軸的輸出功率為37kW，那么根據(jù)相應(yīng)的公式，在選擇過(guò)載系數(shù)為1.33，以及電機(jī)效率為0.8、電機(jī)功率因數(shù)為0.85的情況下可以選擇變頻器的容量在72kW以上。而針對(duì)起升機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，則需要滿足啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的1.3～1.6倍的要求，最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的1.6～2倍，滿足超載125%作業(yè)時(shí)安全性的要求。在按照上述方式確定了變頻器容量之后還需要驗(yàn)證電流，就是要保證變頻器的額定輸出電流在120A以上來(lái)滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

二是針對(duì)大小車(chē)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，由于此類(lèi)機(jī)構(gòu)的負(fù)載類(lèi)型為位移性的負(fù)載，因此在此機(jī)構(gòu)中進(jìn)行變頻器選擇時(shí)應(yīng)該滿足其開(kāi)環(huán)控制的要求，保證其調(diào)速范圍在1：10的范圍之內(nèi)，且按照0.5%的精度進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外還要通過(guò)PLC控制的方式來(lái)將模擬量來(lái)向交流變頻器進(jìn)行傳輸，同時(shí)將運(yùn)行速度進(jìn)行輸出，通過(guò)PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各擋速度的任意設(shè)定，也就是實(shí)現(xiàn)檔位無(wú)極調(diào)速的方式。

三是針對(duì)平移機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，針對(duì)橋式起重機(jī)中的大車(chē)和小車(chē)機(jī)構(gòu)中采用多臺(tái)電機(jī)傳動(dòng)方式的情況，表現(xiàn)出具有較大的平移機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，這就需要設(shè)置較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩來(lái)滿足加速電機(jī)的運(yùn)行需求。這就需要所選擇的變頻器容量滿足超過(guò)knIM的要求。其中的k為電流波形修正系數(shù)，n為1臺(tái)變頻器拖動(dòng)電機(jī)的數(shù)量，IM為工頻電源時(shí)單臺(tái)電機(jī)的額定電流。此外，針對(duì)應(yīng)用U/f開(kāi)環(huán)頻率控制的變頻器來(lái)說(shuō)，為了保證其運(yùn)行安全和可靠，還需要將帶有熱過(guò)載保護(hù)功能的低壓斷路器串入每臺(tái)電機(jī)的回路中，實(shí)現(xiàn)對(duì)單臺(tái)電機(jī)的過(guò)載保護(hù)。

電機(jī)制動(dòng)

在橋式起重機(jī)提升重物的過(guò)程中，由于電機(jī)處于輸出能量的狀態(tài)，會(huì)處于負(fù)載狀態(tài)，但是隨著負(fù)載的下降會(huì)導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)而處于負(fù)負(fù)載的狀態(tài)，從而導(dǎo)致起重機(jī)停止工作時(shí)出現(xiàn)溜鉤的問(wèn)題，這就需要通過(guò)制動(dòng)裝置的設(shè)置來(lái)避免上述問(wèn)題。也就是保證起重機(jī)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)可以松開(kāi)制動(dòng)裝置，但是在停止時(shí)可以抱緊制動(dòng)器避免其出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)而造成安全事故。

結(jié)語(yǔ)

在目前的橋式起重機(jī)中應(yīng)用變頻器來(lái)進(jìn)行改造，可以實(shí)現(xiàn)投資以及維修成本的降低、壽命的延長(zhǎng)以及運(yùn)行故障概率的降低，但是在應(yīng)用變頻器進(jìn)行改造的過(guò)程中需要基于變頻器的運(yùn)行以及改造原理，做好對(duì)變頻器的選擇以及其中主要機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作，確保電機(jī)制動(dòng)的安全性和可靠性，從而提高變頻器在橋式起重機(jī)中的應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn)

劉韓臣，倪青亮，瞿俊杰.變頻器在橋吊橋式起重機(jī)中的應(yīng)用[J].設(shè)備管理與維修，2017（11）：96–97.

翟小明，易慶.變頻器在橋吊橋式起重機(jī)中的運(yùn)用[J].工業(yè)設(shè)計(jì)，2018，No.141（04）：135–136.