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摘要：本文介紹了橋式抓斗起重機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)橋抓）負(fù)載的特點(diǎn)、變頻技術(shù)在“橋抓”傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用、主要技術(shù)參數(shù)的選擇與設(shè)定以及改造后所取得的明顯效果。關(guān)鍵詞：“橋抓”變頻調(diào)速 矢量控制 前言隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻技術(shù)普遍應(yīng)用于電力拖動(dòng)領(lǐng)域，特別是眾多的熱電廠紛紛采用變頻器、對(duì)一些耗能較大的設(shè)備（如引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、給水泵、循環(huán)泵等）實(shí)行變頻調(diào)速，取得了明顯的節(jié)能效果。而“橋抓”采用變頻調(diào)速，取代傳統(tǒng)的電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串阻調(diào)速控制方法，近幾年才開(kāi)始應(yīng)用的新技術(shù)，是一個(gè)新的探索和嘗試。本文簡(jiǎn)述了無(wú)速度傳感器矢量控制的變頻技術(shù)在“橋抓”傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用。 1 負(fù)載的特點(diǎn) “橋抓”在運(yùn)行過(guò)程中負(fù)載的變化十分復(fù)雜，在拖動(dòng)過(guò)程中對(duì)轉(zhuǎn)矩要求高，特別要求變頻拖動(dòng)與調(diào)速系統(tǒng)在低速包括零速時(shí)應(yīng)能輸出較大轉(zhuǎn)矩（150%額定力矩），動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，能承受四象限力矩的變化，“橋抓”在運(yùn)行過(guò)程中，電機(jī)處于頻繁的正反轉(zhuǎn)切換運(yùn)行，起動(dòng)時(shí)沖擊力大；“橋抓”的抓斗是提升負(fù)載，當(dāng)抓斗由下至上運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)抓斗由上至下運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)。傳統(tǒng)的“橋抓”電氣傳動(dòng)系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)子串電阻的方法起動(dòng)和調(diào)速，抓斗的卷?yè)P(yáng)、開(kāi)閉電動(dòng)機(jī)在使用過(guò)程中反復(fù)承受無(wú)數(shù)次的倒順轉(zhuǎn)操作，經(jīng)常受強(qiáng)電流、大力矩沖擊，對(duì)電機(jī)和機(jī)械部件損傷較為嚴(yán)重，交流接觸器、電阻箱、滑環(huán)碳刷使用壽命短，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。要從根本上解決“橋抓”故障率高的問(wèn)題，只有徹底改變繞型電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的調(diào)速方式，應(yīng)用變頻器其優(yōu)越的軟啟及調(diào)速性能與完善的保護(hù)功能，為“橋抓”的傳動(dòng)系統(tǒng)可靠運(yùn)行提供有利的條件。 2 改造方案 由于抓斗兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)是可逆的，所以采用的變頻器也應(yīng)是可逆的，而用于“橋抓”的日立J300（SJ300）系列變頻器能實(shí)現(xiàn)是象限運(yùn)行，它能將電網(wǎng)的電力輸送給電動(dòng)機(jī)，拖動(dòng)“抓斗”上升，而當(dāng)“抓斗”下降時(shí)，通過(guò)自動(dòng)放電單元，將電動(dòng)機(jī)的再生能量消耗在放電電阻上，并起到“能耗制動(dòng)”的作用。 2.1 動(dòng)力回路進(jìn)線交流接至“橋抓”操作臺(tái)空氣開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，大車(chē)、小車(chē)電機(jī)保持原有接線方式。加裝HRS-200刀熔開(kāi)關(guān)作為主吊，開(kāi)閉調(diào)速電動(dòng)機(jī)變頻器的斷開(kāi)點(diǎn)。刀熔開(kāi)關(guān)的上端接至拖纜端子盒，下端接變頻器的輸入，變頻器輸出接電動(dòng)機(jī)。變頻器的過(guò)壓過(guò)流、短路等保護(hù)功能作為電動(dòng)機(jī)保護(hù)，刀熔開(kāi)關(guān)及電源總空氣開(kāi)關(guān)作為變頻器的后備保護(hù)。 2.2 控制回路 “橋抓”操作臺(tái)的運(yùn)行指令，外部動(dòng)作要求信號(hào)通過(guò)控制單元與變頻器連接，變頻器對(duì)外的動(dòng)作要求信號(hào)通過(guò)控制單元與外部執(zhí)行單元連接?？刂妻D(zhuǎn)速點(diǎn)數(shù)由主令控制檔數(shù)設(shè)定。繼電器及相應(yīng)其他元件，都選擇采用優(yōu)質(zhì)品牌的歐姆龍或富士產(chǎn)品。
主要技術(shù)參數(shù) 在橋抓上應(yīng)用變頻器，因?yàn)槠涮囟ǖ墓r要求及特殊的負(fù)載特性，也就決定了如何使用變頻調(diào)速裝置的型號(hào)、功率、保護(hù)等技術(shù)參數(shù)的合理配置，必然要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備具體情況慎重考慮選擇。以下簡(jiǎn)述一下我單位在改造舊“橋抓”采用變頻調(diào)速時(shí)，進(jìn)行分析選擇的幾個(gè)主要技術(shù)參數(shù)。 3.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳統(tǒng)的交流起重機(jī)用繞線式異步電機(jī)，其輸出外特性與轉(zhuǎn)子電阻有關(guān)。而改用變頻調(diào)速，通過(guò)保持電壓/頻率（V/F）基本恒定條件下，改變頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，因此可用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)來(lái)取代。但必須滿足功率、轉(zhuǎn)矩、散熱等要求。 3.2 變頻調(diào)速器考慮到“橋抓”工況可變性大的因數(shù)，所以選用比電機(jī)功率升一級(jí)的變頻器。例如：用37KW的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，應(yīng)選用45KW的變頻器。投入資金雖然要增加一點(diǎn)，但變頻器功率模塊承受頻繁起動(dòng)電流沖擊的能力及設(shè)備的可靠性卻大為增加。 3.3 拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩日立J300系列變頻器具有無(wú)速度傳感器矢量控制技術(shù)，當(dāng)變頻器有0.5Hz輸出時(shí)即有150%以上的高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，保證懸空起動(dòng)及低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的電機(jī)力矩，并可在10：1的速度范圍內(nèi)（6-60Hz/5-50Hz）以100%轉(zhuǎn)矩連續(xù)運(yùn)行。速度調(diào)速偏差小于±1%。并利用一個(gè)高速微處理器和裝備DSP來(lái)提高響應(yīng)速度，在提升設(shè)備中對(duì)防止“滑落”很有效果，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間約0.1秒便可達(dá)到100%的轉(zhuǎn)矩。 3.4 能耗制動(dòng)單元 “橋抓”在操作抓斗下落時(shí)，變頻器將受到較高電勢(shì)的能量釋放過(guò)程，為保證變頻器不過(guò)壓跳閘不被擊壞，增設(shè)能耗制動(dòng)單元來(lái)保證變頻器的正常工作。進(jìn)行制動(dòng)時(shí)放電電阻與電機(jī)內(nèi)部的有功損耗部分結(jié)合成制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，大約為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的20%。制動(dòng)電阻的計(jì)算如下； RBO=UC2/0.1047(TB-0.2Tm)n1 (1) 式中：UC——直流回路電壓； TB——制動(dòng)轉(zhuǎn)矩； Tm——電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩； n1——開(kāi)始減速時(shí)的速度；由制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻構(gòu)成的放電回路中，其最大電流受制動(dòng)單元的最大允許電流IC的限制。制動(dòng)電阻的最小允許值Rmin為： Rmin= UC/IC （2）因此，制動(dòng)電阻應(yīng)滿足以下選擇范圍Rmin RB RBO （3）制動(dòng)電阻所需功率PBO（KW）計(jì)算如下： PBO=0.1047(TB-0.2Tm)（n1 + n2）*10-3/2 （4） 3.5 功能參數(shù)變頻器調(diào)式投用時(shí)，功能參數(shù)的設(shè)置，直接關(guān)系到變頻器與設(shè)備運(yùn)行工況是否配合恰當(dāng)?shù)闹匾h(huán)節(jié)。比如F2輸出額定頻率的設(shè)定，F(xiàn)6加速時(shí)間的設(shè)定，F(xiàn)7減速時(shí)間的設(shè)定，A0轉(zhuǎn)矩控制方式的設(shè)定等等。特別是電機(jī)參數(shù)的測(cè)定，均需通過(guò)“橋抓”使用過(guò)程中結(jié)合設(shè)備運(yùn)行情況不斷摸索修正。否則，由于某參數(shù)設(shè)置不合理，也可能使變頻器工作不正?；蛟斐呻姍C(jī)過(guò)熱等未能預(yù)想的異常情況發(fā)生而損壞電氣設(shè)備。 3.6 運(yùn)行環(huán)境由于變頻器應(yīng)用與橋抓上，工作環(huán)境差。如粉塵多，振動(dòng)大，雨天空氣潮濕等。因此，運(yùn)行中應(yīng)注意變頻器的緊固與防潮以確保變頻器的安全運(yùn)行。 4 應(yīng)用效果 經(jīng)過(guò)多放面調(diào)研和技術(shù)咨詢(xún)最終采用日立J300系列矢量控制變頻器，對(duì)橋抓主吊開(kāi)、閉兩臺(tái)37KW電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速改造，經(jīng)一年多的運(yùn)行基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，取得了良好的使用效果，并歸納總結(jié)如下： 4.1 由于省去了切換轉(zhuǎn)子電阻CJ12-100A交流接觸器、滑環(huán)碳刷架、碳刷、串聯(lián)電阻等電氣元件因而大大減化了電氣控制線路。不僅節(jié)約了電氣檢修費(fèi)用并且提高了設(shè)備安全穩(wěn)定可靠性。 4.2 變頻調(diào)速電機(jī)的軟起動(dòng)，避免了機(jī)械受大力矩沖擊的損傷和破壞，減少了機(jī)械維護(hù)及檢修費(fèi)用，尤其明顯減少了更換鋼絲繩的工作量及檢修費(fèi)用。 4.3 最主要的受益體現(xiàn)在設(shè)備健康水平提高，根本性地解決了沒(méi)有頻繁故障的老大難問(wèn)題，提高了設(shè)備的運(yùn)行效率。 4.4 與原橋抓的調(diào)速方式相比，由于減少了交流接觸器、碳刷、串聯(lián)電阻等電氣元件的能量損耗，一定程度地收益到節(jié)電的效果，經(jīng)測(cè)算全年節(jié)約各項(xiàng)費(fèi)用3萬(wàn)多元，預(yù)計(jì)投資回收期約三年。（由于“橋抓”的穩(wěn)定可靠，運(yùn)行、帶來(lái)的社會(huì)效益和間接效益是無(wú)法估計(jì)的） 4.5 主令控制器的控制電流大大減小，從而提高了操作的可靠性。 5 結(jié)論 從以上橋抓變頻調(diào)速的應(yīng)用及成效證明：變頻技術(shù)在橋式抓斗起重設(shè)備上的應(yīng)用技術(shù)上是切實(shí)可行的，效果也較為顯著，基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。相信通過(guò)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷完善改進(jìn)，變頻調(diào)速技術(shù)在橋式起重機(jī)上的開(kāi)拓應(yīng)用，必然成為將來(lái)發(fā)展的方向。
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