橋式起重機(jī)矢量變頻調(diào)速電源

魚宏林

(西安西電電力整流器公司，陜西 西安 710077）

傳統(tǒng)橋式起重機(jī)是通過鼓形凸輪控制器調(diào)節(jié)串接在繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子中的電阻，改變電機(jī)固有特性曲線，進(jìn)而達(dá)到調(diào)速目的，以滿足起吊速度和保證安裝定位的要求。它存在著速度變化大、中間速不穩(wěn)定，使得起重機(jī)運(yùn)行效率低、功耗大、性能不穩(wěn)定，另外電機(jī)滑環(huán)、碳刷磨損大，維修費(fèi)用高。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，具備微電腦技術(shù)、PWM技術(shù)及矢量變換技術(shù)和能量回饋技術(shù)的起重機(jī)專用變頻器的出現(xiàn)，使新一代橋式起重機(jī)變頻器調(diào)速系統(tǒng)方案完全成熟。

1調(diào)速系統(tǒng)方案

橋式起重機(jī)有主鉤、輔鉤、大車、小車電機(jī)，都需要調(diào)速,因而各有獨(dú)立的調(diào)速系統(tǒng)。其中主鉤、輔鉤是重力性負(fù)載,要求恒力矩，位能變化大，須四象限運(yùn)行，性能要求高，調(diào)速系統(tǒng)為復(fù)雜。橋式起重機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，低速時(shí)大力矩輸出，負(fù)載變化劇烈。而一般V/F控制、轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻器無法滿足其要求。因?yàn)榇磐ㄊ噶靠刂品绞绞菍⒍ㄗ与娏鞣纸獬僧a(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量和與磁場(chǎng)相垂直產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量，分別進(jìn)行任意控制，二者合成的定子電流供給電動(dòng)機(jī)，因而采用磁通矢量控制方式的變頻器，調(diào)速范圍寬、過流抑制能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)矩控制性能好，尤其可以控制靜止轉(zhuǎn)矩，滿足起重機(jī)的要求。

當(dāng)橋式起重機(jī)的主鉤電動(dòng)機(jī)快速制動(dòng)或帶一位能負(fù)載時(shí)，電動(dòng)機(jī)工作于發(fā)電狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的動(dòng)能或負(fù)載上的勢(shì)能將轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，使系統(tǒng)能耗大、變頻器直流端口產(chǎn)生很高的泵升電壓，制動(dòng)力矩偏小，因此要求系統(tǒng)主電路具備能量回饋再生制動(dòng)功能，將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的動(dòng)能和負(fù)載上的勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芑仞伒诫娋W(wǎng)。才能提高節(jié)能效果,獲得較大的制動(dòng)力矩。并能滿足主鉤電機(jī)四象限運(yùn)行的要求。

日本FR－A241E系列吊車、起重機(jī)專用變頻器，具備磁通矢量控制模式,采用正弦波PWM控制,特別裝備有專為控制吊車和完成自動(dòng)調(diào)整功能的智能軟件，內(nèi)置能量回饋再生制動(dòng)單元和交流輸入電抗器，完全滿足橋式起重機(jī)的工況要求。能量再生如圖1所示。

2工作原理

主鉤主電路及控制電路如圖2所示。

圖2中，R1、S1接入電網(wǎng)，是為了變頻器出現(xiàn)故障時(shí)保持住故障狀態(tài)，便于控制和分析原因。STF－SD（或STR－SD）閉合便能保持正轉(zhuǎn)（或反轉(zhuǎn)）狀態(tài),直到STOP－SD端子斷開才停止。RH、RM、RL的不同動(dòng)作組合，可使變頻器多段速運(yùn)行。主鉤電機(jī)的負(fù)載是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，低速時(shí)要有大轉(zhuǎn)矩輸出。通過對(duì)矢量變頻器的T/f曲線的分析,可以理解對(duì)主鉤電機(jī)的控制應(yīng)采用順序起、制動(dòng)控制。所有的時(shí)序和端子均由PLC控制，簡(jiǎn)單可靠。

矢量變頻器T/f曲線如圖3所示。

當(dāng)變頻器得到正轉(zhuǎn)命令后變頻器輸出頻率上升至3Hz時(shí)（此刻變頻器已能通過電機(jī)輸出足夠大的起升力矩）,端子FU輸出低電平，CR1吸合，控制MC2吸合,電磁鐵B1松開,此信號(hào)回饋到變頻器。電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)并上升至設(shè)定轉(zhuǎn)速。當(dāng)減速停機(jī)時(shí)，如果過早制動(dòng)，就會(huì)磨損抱閘機(jī)構(gòu)，縮短機(jī)械壽命；若在電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)才進(jìn)行制動(dòng)，電磁制動(dòng)滯后動(dòng)作引起輸出力矩不足使重物跌落。因此在電機(jī)減速制動(dòng)時(shí)，將能量回饋再生單元投入運(yùn)行，采用低速制動(dòng)的方法，當(dāng)變頻器頻率下降至6Hz時(shí)，接觸器MC2斷開、電磁制動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作、電磁鐵B1抱閘、主構(gòu)電機(jī)停止，從而克服了上述缺點(diǎn)。并且當(dāng)變頻器故障或提升限位開關(guān)動(dòng)作時(shí)，接觸器MC2斷開，電磁鐵B1抱閘，主鉤電機(jī)停止保持住重物。使系統(tǒng)具有更高的安全可靠性。

3矢量變頻器調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

變頻器調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性如圖4所示。

從圖4可以看出，矢量變頻器大大改善了電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，基本上為一族平行的直線，具有制動(dòng)力矩大的機(jī)械特性，完全實(shí)現(xiàn)了寬范圍的無級(jí)調(diào)速。

采用專用變頻器調(diào)速系統(tǒng)改造后的橋式起重機(jī)，重載低速起動(dòng)可靠、運(yùn)行穩(wěn)定，加減速時(shí)間的設(shè)定使各擋起制動(dòng)速度相當(dāng)平穩(wěn)，控制高。利用頻率檢測(cè)信號(hào)控制制動(dòng)器開閉，徹底解決了溜鉤問題。利用電源回饋技術(shù)把電機(jī)的再生能量回饋電網(wǎng)，既提高了系統(tǒng)的效率，也提高了系統(tǒng)的安全性。PLC的控制，減少了故障點(diǎn)，使系統(tǒng)的可靠性進(jìn)一步提高。

4結(jié)語(yǔ)

橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)對(duì)電機(jī)沖擊小，調(diào)速性能優(yōu)良，節(jié)能效果顯著，減少了維修工作量，提高了工作效率。