常規(guī)變頻和雙變頻起升機(jī)構(gòu)

關(guān)鍵詞： 變頻

摘要：隨著變頻技術(shù)的不斷發(fā)展，不斷地被人們認(rèn)識(shí)，它以絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)超越了其他的任何調(diào)速方案，其優(yōu)點(diǎn)數(shù)不勝數(shù)，為了普及變頻技術(shù)，加深對(duì)變頻調(diào)速方案的了解，本文將對(duì)變頻技術(shù)在塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)上的應(yīng)用作一探討。

一、概 述

隨著變頻技術(shù)的不斷發(fā)展，不斷地被人們認(rèn)識(shí)，它以絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)超越了其他的任何調(diào)速方案，其優(yōu)點(diǎn)數(shù)不勝數(shù)。

如：零速抱閘，對(duì)制動(dòng)器無磨損；任意低的就位速度，可用于精確吊裝；

速度的平滑過渡，對(duì)機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)件無沖擊，提高了塔機(jī)的運(yùn)行安全性；

極低的起動(dòng)電流，減輕了用戶電網(wǎng)擴(kuò)容的負(fù)擔(dān)；

幾乎任意寬的調(diào)速范圍，提高了塔機(jī)的工作效率；節(jié)能的調(diào)速方式，減少了系統(tǒng)運(yùn)行能耗；

單速的鼠籠電動(dòng)機(jī)保證了機(jī)構(gòu)的運(yùn)行可靠性厖。

正是因?yàn)檫@些明顯的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，國外的塔機(jī)制造商所推出的新一代塔機(jī)的起升機(jī)構(gòu)也大多采用變頻調(diào)速方案，如POTAIN，LIEBHERR等世界著名公司。同時(shí)我們認(rèn)為，隨著變頻器價(jià)格的不斷降低，可靠性不斷提高，變頻技術(shù)一定能在塔機(jī)上得到廣泛應(yīng)用，這將對(duì)產(chǎn)品的安全運(yùn)行和減少運(yùn)行能耗都有重要的意義。為了普及變頻技術(shù)，加深對(duì)變頻調(diào)速方案的了解，本文將對(duì)變頻技術(shù)在塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)上的應(yīng)用作一探討。

二、常規(guī)變頻起升機(jī)構(gòu)

1．結(jié)構(gòu)介紹

變頻調(diào)速技術(shù)在塔機(jī)各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用在我國已經(jīng)有近10年的時(shí)間，雖然取得了一些成功的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，并且也有不少的變頻起升機(jī)構(gòu)現(xiàn)在正在工地正常運(yùn)行，但與其他行業(yè)相比，變頻調(diào)速技術(shù)在塔機(jī)上的應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到應(yīng)有的程度，其中有成本的原因，也有技術(shù)的原因。

國內(nèi)和國外目前所采用的典型方案，從技術(shù)上來講，大同小異，不同點(diǎn)在于：

（1）變頻器的品牌不同，其采用的控制回路不同；

（2）系統(tǒng)是開環(huán)（不帶PG）或者是閉環(huán)（帶PG）

（3）機(jī)械結(jié)構(gòu)的形式的不一樣：L型布置、п型布置或一字型布置等；

（4）減速機(jī)的類型不一樣，如：圓柱齒輪減速機(jī)或行星減速機(jī)；是定速比或可變速比等。

就傳動(dòng)控制技術(shù)而言，以上所述差異并未涉及控制方式的改變，均為采用一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速的典型模式，也可稱其為常規(guī)變頻起升機(jī)構(gòu)。在所有的這些常規(guī)變頻機(jī)構(gòu)中， LIEBHERR公司在EC-H型塔機(jī)上裝配的變頻起升機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)最為突出，它采用250V電動(dòng)機(jī)和與之匹配的變頻器，配置可變速比的減速機(jī)，L型布置。該方案具備較好的起升速度特性，其缺點(diǎn)是系統(tǒng)成本高，而且部件通用性差。

2．常規(guī)變頻起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）電動(dòng)機(jī)極數(shù)和功率的校核

當(dāng)起升機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)（如：最大起重量、最高工作速度等）給定后，就要對(duì)電動(dòng)機(jī)的極數(shù)和功率進(jìn)行確定和計(jì)算，其設(shè)計(jì)要點(diǎn)是：

a）電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速應(yīng)小于3000轉(zhuǎn)/分（由減速機(jī)輸入級(jí)的工作轉(zhuǎn)速限制）；

b）系統(tǒng)最高工作頻率應(yīng)小于100Hz（頻率越高，電動(dòng)機(jī)的損耗功率就越大，將破壞恒功率特性，起吊能力大幅度降低而無實(shí)際應(yīng)用價(jià)值）；

c）電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩用于校核最大起重量（考慮總傳動(dòng)比、效率、倍率等）；

d）電動(dòng)機(jī)的額定功率用于校核高速時(shí)的起重量（考慮總傳動(dòng)比、效率、倍率等，如果頻率接近100Hz，應(yīng)考慮有效功率降低10～15%）。

在選擇電機(jī)功率時(shí)，根據(jù)以上的條件就能基本確定減速機(jī)的減速比與電動(dòng)機(jī)功率和極數(shù)。

（2）電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

a）變頻器的選取

當(dāng)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)確定后，就可著手進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。首先是變頻器的選型?，F(xiàn)在市場上的國內(nèi)外變頻器品牌不少，控制水平和可靠性差別較大，技術(shù)上大體可分為V/F控制、矢量控制和DTC直接轉(zhuǎn)矩控制三種。用于塔機(jī)的起升機(jī)構(gòu)，建議最好選用具有矢量控制功能或者是具有DTC直接轉(zhuǎn)矩控制功能的變頻器，這樣的變頻器品牌較多，設(shè)計(jì)者可根據(jù)自己的熟悉程度、技術(shù)支持力度、其他行業(yè)廠的使用情況等因素來選擇。

由于變頻器品牌的不同，相同功率下變頻器的過載能力和額定電流值也不完全一致。所以，選擇變頻器容量時(shí)，不單要看額定功率的大小，還要校核額定工作電流是否大于或者等于電動(dòng)機(jī)的額定電流，一般的經(jīng)驗(yàn)是選擇變頻器的功率大于電動(dòng)機(jī)功率10～30%左右。

b）能耗電阻的選取

作為起重用變頻系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于電動(dòng)機(jī)處于回饋制動(dòng)狀態(tài)下的系統(tǒng)可靠性，因?yàn)檫@種系統(tǒng)出故障往往都發(fā)生在重物下降時(shí)的工況，如溜鉤、超速、過壓等。也就是說重物下降工況時(shí)變頻系統(tǒng)的性能好壞將直接影響整個(gè)起升機(jī)構(gòu)能否安全運(yùn)行。這就要求設(shè)計(jì)人員清楚地了解變頻傳動(dòng)系統(tǒng)的回饋工作過程，才能做到心中有數(shù)。

大部分變頻器的產(chǎn)品說明中，對(duì)如何選擇能耗電阻的電阻值和功率并沒有非常清楚的描述，而且往往按其推薦的標(biāo)準(zhǔn)配置并不能完全滿足起重工況的要求，同時(shí)有關(guān)這方面論述的文章也不多見，所以在變頻起重控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，電阻參數(shù)選擇顯得有些混亂。本文將對(duì)電機(jī)工作在回饋制動(dòng)狀態(tài)時(shí)系統(tǒng)的工作機(jī)理進(jìn)行定性的分析，讀者可以通過這些分析進(jìn)一步得到有關(guān)電阻參數(shù)的計(jì)算方法。