精益變頻器在塔式起重機(jī)上的應(yīng)用

摘要：隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，機(jī)械塔式起重機(jī)（塔吊）也跟隨著建筑行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。其調(diào)速方式越來越多的由傳統(tǒng)的變多速電機(jī)調(diào)速機(jī)構(gòu)等多種低效率、差性能的方式轉(zhuǎn)向采用高性能的變頻器來實(shí)現(xiàn)。這不僅提高了系統(tǒng)的可靠性、靈活性，擴(kuò)大了系統(tǒng)的調(diào)速范圍，而且還顯現(xiàn)出了速度控制更精確，高作業(yè)效率，起動(dòng)、制動(dòng)平緩，運(yùn)行平穩(wěn)的特點(diǎn)。針對(duì)此行業(yè)特點(diǎn)，精益?zhèn)鲃?dòng)推出了精益 QTD2000 系列塔式起重機(jī)專用三合一一體式變頻器，該系列變頻器巧妙地將起升、變幅和回轉(zhuǎn)這三個(gè)變頻機(jī)構(gòu)融為一體，同時(shí)加入 PLC 和少的低壓電器等外圍電路，組成一個(gè)系統(tǒng)。此系列變頻器采用優(yōu)良的無速度傳感器磁通矢量控制算法，使其具有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，優(yōu)質(zhì)的電流限制技術(shù)和硬件優(yōu)化設(shè)計(jì)，非常適用于塔式起重機(jī)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)調(diào)速。

塔式起重機(jī)變頻 塔吊變頻 塔機(jī)

一、塔式起重機(jī)（塔吊）起升機(jī)構(gòu)傳統(tǒng)的調(diào)速方式

起升機(jī)構(gòu)是塔式起重機(jī)重要的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，目前傳統(tǒng)的調(diào)速方式要求重載低速，輕載高速，調(diào)速范圍大。起升機(jī)構(gòu)調(diào)速方式的優(yōu)劣直接影響整機(jī)性能。起升機(jī)構(gòu)調(diào)速方式選擇原則有三個(gè)：要平穩(wěn)，沖擊小；其次要經(jīng)濟(jì)可靠，符合國(guó)情；三是要便于維修。目前傳統(tǒng)的塔吊機(jī)構(gòu)在速度控制上，常采用的是多速電機(jī)變級(jí)調(diào)速；電磁離合器換檔的減速器加帶渦流制動(dòng)的單速繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)調(diào)速；普通減速器加帶渦流制動(dòng)的多速繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻獲取較軟的 M-n 特性調(diào)速；或者采用差動(dòng)行星減速器加雙電機(jī)等方式。而這些調(diào)速方式完全依靠大量的接觸器等構(gòu)成的電氣柜控制，由于電氣控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，而且電機(jī)起、制動(dòng)和換檔仍有較大的峰值電流和沖擊，對(duì)接觸器等電氣元件的質(zhì)量有著嚴(yán)格的要求。即使在能保證質(zhì)量的情況下，也不能忽視外界的惡劣環(huán)境，粉塵或者是有害氣體，它們會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)的集電環(huán)、電刷以及接觸器腐蝕較大，再加上操作程序不規(guī)范，造成沖擊電流大，觸頭腐蝕嚴(yán)重化，電刷冒火，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻因長(zhǎng)時(shí)間發(fā)熱，而腐化，斷裂，燒損，造成故障點(diǎn)多，故障率高，電能的浪費(fèi)。因而大大的降低了工作效率。

二、塔式起重機(jī)（塔吊）變頻器調(diào)速方式

變頻調(diào)速是當(dāng)今優(yōu)質(zhì)的交流調(diào)速方式。精益QTD2000系列塔式起重機(jī)三合一一體式變頻器是由共直流母線的三臺(tái)變頻器，PLC，低壓電器等構(gòu)成。利用變頻調(diào)速還可以達(dá)到慢就位速度長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行；實(shí)現(xiàn)零速制動(dòng)，運(yùn)行平穩(wěn)無沖擊，能延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)件的壽命，對(duì)鋼絲繩排繩和壽命大有裨益，同時(shí)提高了塔吊的安全性。

2.1 起升機(jī)構(gòu)是塔式起重機(jī)重要的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。采用變頻調(diào)速可以使塔吊慢就位速度長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行；無級(jí)變速，運(yùn)行平穩(wěn)無沖擊，延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命；采用高性能無速度傳感器矢量變頻驅(qū)動(dòng)，從而使控制更加精確。

2.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是具有較大的慣性沖擊，啟動(dòng)過快沖擊大，停車和打反轉(zhuǎn)都不允許過快過急，否則不僅運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，還會(huì)損壞機(jī)構(gòu)。解決辦法是采用回轉(zhuǎn)專用減速機(jī)，同時(shí)采用變頻調(diào)速使起制動(dòng)更平穩(wěn)。并且采用變頻器控制以后使系統(tǒng)控制更為簡(jiǎn)單，控制系統(tǒng)具有多重保護(hù)，使系統(tǒng)更加安全可靠。

2.3 變幅機(jī)構(gòu)基本上都采用雙速電機(jī)，在檔位轉(zhuǎn)換時(shí)是硬性轉(zhuǎn)化，

沒有速度過渡，容易產(chǎn)生沖擊，使重物在空中擺動(dòng)。采用變頻調(diào)速時(shí)，在檔位轉(zhuǎn)化過程中存在一個(gè)速度過渡過程，實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，可避免重物在空中擺動(dòng)，同時(shí)也可以把變幅電機(jī)換成普通鼠籠電機(jī)，可
降低電機(jī)成本。

精益QTD2000系列變頻器塔式起重機(jī)使用的基本原理是聯(lián)動(dòng)臺(tái)

控制指令輸出到 PLC 中，由 PLC 進(jìn)行邏輯處理后輸出控制變頻器的OP 控制端子，控制 PLC 的輸出就控制了變頻器的不同頻率從而達(dá)到不同的速度。利用變頻器的多段頻率運(yùn)行調(diào)速。在運(yùn)行的時(shí)候，

對(duì)速度進(jìn)行切換時(shí)，速度是直接進(jìn)行增大減小的。相對(duì)應(yīng)的頻率在原來的基礎(chǔ)上進(jìn)行加減，不會(huì)出現(xiàn)從零速啟動(dòng)的現(xiàn)象，這樣也就更好的減小了對(duì)電機(jī)和機(jī)構(gòu)的沖擊。變頻器調(diào)速除具有以上優(yōu)點(diǎn)外同時(shí)還具有過電流、過電壓、欠電壓和輸入、輸出缺相保護(hù)，以及變頻器超溫、超載、電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)等。

2.4 下圖為精益QTD2000系列塔機(jī)專用變頻器和聯(lián)動(dòng)臺(tái)

2．5 下圖為精益QTD2000 系列塔吊控制系統(tǒng)的基本框圖

2.6 下圖為精益 QTD2000 塔機(jī)專用一體式變頻基本控制接線圖

三、塔式起重機(jī)變頻調(diào)速方案的優(yōu)點(diǎn)

目前精益?zhèn)鲃?dòng) QTD2000 系列塔式起重機(jī)專用變頻器已經(jīng)在煙臺(tái)、威海、章丘地區(qū)得以成功使用。主要性能特點(diǎn)為：

3.1 在塔機(jī)操作調(diào)速平穩(wěn)性，提高運(yùn)行效率，改善超負(fù)荷作業(yè)，消除了起制動(dòng)沖擊，減少電氣維護(hù)，降低電能損耗方面取得實(shí)效。

3.2 調(diào)速范圍寬，可滿足塔機(jī)精確定位控制要求的作業(yè)場(chǎng)合。

3.3 塔機(jī)變頻化能實(shí)現(xiàn)軟啟軟停，降低了機(jī)械傳動(dòng)沖擊，顯著改善鋼結(jié)構(gòu)的承載性能，延長(zhǎng)起重機(jī)的使用壽命。

3.4 起升、回轉(zhuǎn)、變幅三合一高集成度設(shè)計(jì)，配合少許低壓電器，有效地解決原電氣使用時(shí)接線復(fù)雜問題，降低系統(tǒng)的故障機(jī)率，方便維護(hù)。

3.5 磁通矢量控制優(yōu)越的變頻力矩輸出特性，配合機(jī)械制動(dòng)器，保證不會(huì)出現(xiàn)重物下滑，確保系統(tǒng)的操作安全。

3.6 消除共振、改善動(dòng)剛度。塔機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的共振與各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度和固有頻率有關(guān)，傳統(tǒng)的調(diào)速方式調(diào)速范圍窄，有時(shí)不能完全避開共振的臨界轉(zhuǎn)速。例如用渦流繞線電機(jī)串級(jí)調(diào)速，空載起升和滿
載下降時(shí)鋼架往往有較大共振，采用變頻調(diào)速，可有效規(guī)避共振現(xiàn)象。

3.7 節(jié)能效果良好。繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子回路的外接電阻將消耗大量電能，變頻調(diào)速可減少起動(dòng)能耗和調(diào)速電阻的轉(zhuǎn)差功率損耗，效率高達(dá) 0.96～0.98，節(jié)能效果好，且下降過程中
不從電網(wǎng)獲取能量，與傳統(tǒng)調(diào)速方式相比整機(jī)節(jié)能約 20%以上。