橋式起重機(jī)是工礦企業(yè)中應(yīng)用十分廣泛的一種起重機(jī)械，針對貴公司15+15噸橋式起重機(jī)，使用頻繁、環(huán)境惡劣、高溫、金屬粉塵過多等。橋式起重機(jī)電力拖動系統(tǒng)多采用繞線式交流異步電機(jī)，轉(zhuǎn)子回路內(nèi)串入多段外接電阻調(diào)速，采用凸輪控制器、繼電器、接觸器等控制。
這種控制系統(tǒng)主要缺點(diǎn)是:
1）大小車、主起升、付起升的拖動運(yùn)行系統(tǒng)采用的是變阻調(diào)速，運(yùn)行性能差，并且電阻元件使用普通康銅材質(zhì)，性脆易斷裂，故電阻燒損和斷裂故障時有發(fā)生，又制成柵狀，高溫時易彎曲變形造成短路事故，導(dǎo)致電纜燃燒和損壞。
2）電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速屬能耗型轉(zhuǎn)差調(diào)速，能耗大，機(jī)械特性軟，調(diào)速范圍小，平滑性差。
3）由于現(xiàn)場環(huán)境中的金屬粉塵、有害氣體對電動機(jī)集電環(huán)、繼電器的腐蝕與短路，再加上繼電器、接觸器控制系統(tǒng)切換頻繁，起動時，沖擊電流大，因此觸頭燒損、電刷冒火、電動機(jī)燒損故障時有發(fā)生，故障率高。
4）調(diào)速平滑性差，對減速機(jī)、連軸器、鋼絲繩的機(jī)械沖擊大，嚴(yán)重影響使用壽命。
5）起重機(jī)制動系統(tǒng)是在運(yùn)動狀態(tài)下進(jìn)行的，對制動器損害很大，閘皮磨損嚴(yán)重而引起的安全隱患。
隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展和軟件技術(shù)的成熟，變頻器的性能和可靠性都有了很大的提高。因此，在橋式起重機(jī)上應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，可實現(xiàn)橋式起重機(jī)的升降，小車和大車機(jī)構(gòu)的無級調(diào)速，從而極大地提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和**性。
一、變頻調(diào)速改造方案
本次對15+15噸橋式起重機(jī)的大、小車電力拖動系統(tǒng)，吊鉤升降、電力拖動系統(tǒng)進(jìn)行變頻調(diào)速技術(shù)改造，以改善其操作性能、降低故障率、能耗率，使其主提升能力達(dá)到36噸
變頻調(diào)速改造方案設(shè)計15+15噸橋式起重機(jī)的電氣傳動系統(tǒng)為：大車電動機(jī)2臺，額定功率2×7.5kW；小車電動機(jī)2臺，額定功率2.2KW；主起升電動機(jī)2臺，額定功率16kW；付起升電動機(jī)1臺。
改造的具體設(shè)計方案是:
1）電動機(jī)還是采用原來的電動機(jī)
2）用5臺變頻器來控制6臺電機(jī)，實現(xiàn)重載啟動與變頻調(diào)速，
3）電氣控制系統(tǒng)中、原各電氣控制柜和繼電器、接觸器一律取消，更換為新的變頻電氣
制柜，變頻器采用的是安川H1000、安川A1000系列起重專用變頻器。
4）調(diào)速方式采用具有矢量控制功能的變頻調(diào)速系統(tǒng)。
5）制動方式采用再生制動、直流制動和電磁機(jī)械制動相結(jié)合的方式。運(yùn)行（重物下降）時，采取在變頻器直流回路內(nèi)接入制動電阻的方式消耗掉再生的電能，使運(yùn)行的大、小車和吊鉤迅速而準(zhǔn)確地停止?。ㄋ俳禐?）。吊鉤作業(yè)時，常常有將重物在半空中停留一段時間的現(xiàn)象（如重物在空中平移或突然停電時），變頻調(diào)速系統(tǒng)雖然能使重物停住，但因容易受到外界因素的干擾（如平移時常出現(xiàn)斷電），可靠性差。因此，還必須同時采取電磁制動器進(jìn)行機(jī)械制動以配合可靠完成作業(yè)。
二、電氣工作原理
1）系統(tǒng)的控制指令，由司機(jī)室聯(lián)動臺專用主令電位控制器Ks、給出，控制變頻指令：上升、下降、加速、減速，平滑調(diào)速。吊鉤升降、機(jī)構(gòu)制動打開由變頻器輸出繼電器驅(qū)動制動器控制接觸器Cs、使制動器、微型軸流風(fēng)機(jī)動作。
2）變頻器有短路、過壓、缺相、失壓、過流、超速、接地等各種保護(hù)功能和故障自診斷及顯示報警功能。當(dāng)變頻器出現(xiàn)短路、過流等故障時，變頻器給出故障信號，并停止輸出，切斷變頻器電源，控制制動器抱閘，并發(fā)出報警信號。
吊鉤升降、機(jī)構(gòu)除了變頻器內(nèi)部有保護(hù)功能外，還設(shè)置了線路保護(hù)：
?。?）限位保護(hù)，防高度限制器實現(xiàn)
?。?）線路設(shè)有低壓斷路器作為短路保護(hù)。
?。?）小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)電氣拖動系統(tǒng)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)由一臺變頻電機(jī)驅(qū)動，采用1臺變頻器控制，系統(tǒng)控制方法與起升機(jī)構(gòu)電氣傳動系統(tǒng)類似。
?。?）大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)電氣拖動系統(tǒng)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)由兩臺變頻電機(jī)驅(qū)動，采用1臺變頻器控制兩臺電機(jī)，系統(tǒng)控制方法與小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)電氣傳動系統(tǒng)類似。
三、變頻器的選擇
變頻器采用的是安川H1000、安川A1000系列起重專用變頻器。
1）變頻器控制方式的選擇
2）由于起重機(jī)機(jī)構(gòu)多為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，故選用帶低速轉(zhuǎn)矩提升功能的電壓型變頻器。
3）平移機(jī)構(gòu)慣量較大，負(fù)載變化相對小，屬于阻力性負(fù)載，故大車、小車選用V/F開環(huán)控制
方式的安川A1000型變頻器；起升機(jī)構(gòu)慣量較小，負(fù)載變化大，屬于位能性負(fù)載，為獲得快速的動態(tài)響應(yīng)，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的快速調(diào)節(jié)，獲得理想的動態(tài)性能，通常采用矢量控制方式，主付升降選用安川H1000型變頻器，采用矢量控制方式可獲得穩(wěn)定的工作狀態(tài)和良好的機(jī)械特性。
2）變頻器容量的選擇
變頻器容量的選擇是以電動機(jī)的額定功率為依據(jù)的。由于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)與通用或其它異步電動機(jī)相比，其繞組的阻抗較小，因此使用變頻器調(diào)速時應(yīng)考慮紋波電流引起的過電流跳閘情況，同樣功率下的電動機(jī)，繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)額定電流往往較大，所以選擇時應(yīng)考慮一定余量。雖然起重機(jī)升降機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量很小，加速時間較短，但考慮到電網(wǎng)電壓波動的因素，以及安全勞動部門對起重機(jī)1.25倍額定靜載荷檢測要求等因素來選擇起升機(jī)構(gòu)電動機(jī)的變頻器容量。大車、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)屬于大慣量負(fù)載，其加減時間一般不超過20s，變頻器的短時過載能力為150％，不同的加速時間對變頻器容量的計算不同，當(dāng)加速時間>2min時，變頻器功率選擇應(yīng)放大些，以此來選擇大車、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動機(jī)的變頻器容量。
3）制動單元和制動電阻的選擇
當(dāng)電動機(jī)處于反接制動或再生制動狀態(tài)，變頻器內(nèi)直流電路儲能電容兩端的電壓將升高，為避免電壓過高而使直流過壓保護(hù)動作，必須將這部分能量回饋至電網(wǎng)或增設(shè)制動單元及制動電阻以釋放這部分能量。廠商提供與變頻器容量相配套的標(biāo)準(zhǔn)外接制動電阻。大車、小車、主付升、降，制動單元均選用安川H1000、安川A1000型變頻器容量相配套的標(biāo)準(zhǔn)外接制動單元。大車、小車、主付升、降、制動電阻均選用國產(chǎn)、變頻器專用制動電阻器。
?。?）變頻器運(yùn)行、停止控制；
?。?）控制制動器，保證電動機(jī)停止時能夠及時制動，既不提前，也不延后；
?。?）升降變頻器控制方式切換；
?。?）電氣閉鎖保護(hù)控制；
?。?）任何時刻斷電，系統(tǒng)將會立即停止運(yùn)行，制動器制動。
四、系統(tǒng)控制要點(diǎn)
1.橋式起重機(jī)拖動系統(tǒng)的控制包括：大車的左、右行及速度擋；小車的前、后行及速度擋；吊鉤的主、付，升、降，及調(diào)速等，這些都可以通過變頻器進(jìn)行無觸點(diǎn)控制。橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)中需要引起注意的是關(guān)于防止溜鉤的控制，在電磁制動器抱住之前和松開后的瞬間，極易發(fā)生重物由于停止?fàn)顟B(tài)下滑而產(chǎn)生溜鉤現(xiàn)象。在這個問題上，主要是通過設(shè)定變頻器運(yùn)行參數(shù)與變頻器的制動單元、制動電阻和液壓制動器的配合而達(dá)到**的效果。
1）起吊重物升降控制要點(diǎn)
自動轉(zhuǎn)矩提升設(shè)置，在調(diào)試過程中適當(dāng)?shù)靥岣咧蓄l電壓可以改善低頻特性，從而提高啟動轉(zhuǎn)矩；提高零頻電壓可以加大直流強(qiáng)勵磁，使電機(jī)保持足夠大的轉(zhuǎn)矩防止溜鉤。
吊車使用完畢后，應(yīng)將主令控制器放置零位，30s后按下停止按鈕，斷開主電源，關(guān)閉風(fēng)機(jī)及照明電源開關(guān)，確認(rèn)斷電后，鎖好操作室門方可離開。
五、變頻器功能參數(shù)置的設(shè)置
?。?）通過對橋式起重機(jī)各傳動機(jī)構(gòu)改造采用的安川H1000、安川A1000系列變頻器的功能參數(shù)設(shè)置大大降低了對電網(wǎng)的沖擊。節(jié)約能源，變頻調(diào)速的啟動、制動、加速、減速等過程中，電機(jī)運(yùn)行電流小。以本案來講，節(jié)能可達(dá)30%左右。在生產(chǎn)工況相同的情況下電耗和維修費(fèi)用比改制前節(jié)能20%左右。
?。?）主、副鉤有鋼絲繩提升限位、重錘限位、超重限位保護(hù)，大車、小車有行程開關(guān)保護(hù)，各個設(shè)備的保護(hù)動作只影響設(shè)備本身的動作。
（3）任何變頻器出現(xiàn)故障只影響本拖動的動作。
（4）吊鉤升降與小車前行和后退、大車左行和右行有操作互鎖。
（5）主鉤、副鉤、大車、小車速度由按鈕切換，可實現(xiàn)平穩(wěn)切換。
?。?）禁止司機(jī)利用打反車來對大車和小車進(jìn)行定位。
2變頻器的選型
橋式起重機(jī)的電氣傳動系統(tǒng)有大車電動機(jī)兩臺、小車電動機(jī)2臺、15噸鉤2個，鉤提升電動機(jī)各2臺，這次改造總的思路是用5臺變頻器來控制6臺電機(jī)，實現(xiàn)重載啟動，變頻調(diào)速。
主電路原理圖如圖1所示。
變頻器在電機(jī)制動時，會出現(xiàn)電機(jī)處于再發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，變頻器就需制動電阻耗散這部份能量，由于變頻調(diào)速系統(tǒng)在重物下降時及電機(jī)制動時，會出現(xiàn)電機(jī)處于再生發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，因此需要在變頻器直流回路內(nèi)接制動電阻消耗這部分再生電能，同時使電機(jī)的制動能力提高，且使運(yùn)動中的大、小車和吊鉤迅速而準(zhǔn)確地將轉(zhuǎn)速降為零。
2.3變頻調(diào)速的控制要點(diǎn)
橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)中需要引起注意的是防止溜鉤的控制，因為在液壓抱閘抱住電機(jī)之前和松開后的瞬間，極易發(fā)生重物由于停止?fàn)顟B(tài)下滑而產(chǎn)生溜鉤。
（1）起重物停住控制要點(diǎn)
?。?）通過設(shè)定停止頻率，和維持時間，當(dāng)變頻器的工作頻率下降到停止頻率時，變
頻器輸出一個“頻率到達(dá)信號”，發(fā)出液壓抱閘斷電指令，變頻器輸出定值維持力矩，延時液壓抱閘釋放，變頻器工作頻率降為零。
（3）起重物升降控制要點(diǎn)
?。?）設(shè)定“升降起始頻率”和“檢測電流時間”，當(dāng)變頻器到達(dá)設(shè)定值時，變頻器開始檢測電流，確認(rèn)電流足夠大，產(chǎn)生的力矩能抵消下降力矩時發(fā)出抱閘松開指令，使液壓抱閘通電松開。
?。?）自動轉(zhuǎn)矩提升設(shè)置
?。?）在調(diào)試過程中適當(dāng)?shù)靥岣咧蓄l電壓可以改善低頻特性，提高啟動轉(zhuǎn)矩；提高零
六、關(guān)于拖纜與滑觸線的改造
由于該車間有易燃的氣體，滑觸線在起重機(jī)運(yùn)行時會有火花出現(xiàn)，所以需要換成滑車式的扁拖纜，取代原滑觸線。
拖纜由于用的時間長，并且老化。需要換成圓的多股電纜。
3結(jié)束語
經(jīng)過實際運(yùn)用，改造后的系統(tǒng)性能得到了很大的改善，效果非常明顯，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
?。?）采用變頻器調(diào)速系統(tǒng)后，控制系統(tǒng)簡化，故障率低，可靠性大為提高。橋式起重機(jī)的
啟動、制動、加速、減速等過程更加平穩(wěn)快速，定位更加準(zhǔn)確，減少了負(fù)載波動，安全性大幅提高；
?。?）電機(jī)運(yùn)行的開關(guān)器件實現(xiàn)了無觸點(diǎn)化，避免了因頻繁動作而燒損，以及由于觸頭燒損而引起的電器故障，具有半永久性的壽命；
?。?）由于電動機(jī)啟動電流限制得較小，頻繁啟動和停止時電動機(jī)熱耗減少，壽命延長；
?。?）機(jī)械特性硬，負(fù)載變化時，各檔速度基本不變，而且可根據(jù)現(xiàn)場情況，很方便地調(diào)整各檔速度和加速時間，使吊車操作更加靈活，反應(yīng)迅速；
?。?）液壓抱閘在低速時動作，其閘皮的磨損很小，使用壽命延長，保養(yǎng)時間和費(fèi)用都得以減少。
?。?）降低了對電網(wǎng)的沖擊。
（7）節(jié)約能源，變頻調(diào)速的啟動、制動、加速、減速等過程中，電機(jī)運(yùn)行電流小。以本案來講，節(jié)能可達(dá)30%左右。在生產(chǎn)工況相同的情況下電耗和維修費(fèi)用比改制前節(jié)能20%左右。
通過起重機(jī)變頻改造，不僅提高了橋式起重機(jī)的性能，也提升了設(shè)備安全運(yùn)行時間，使工作勞動維修強(qiáng)度維修成本大幅降低，因此，變頻調(diào)速技術(shù)在橋式起重機(jī)上的應(yīng)用是提高工作效益、降低能耗保障工作安全的選擇。
