變頻調(diào)速技術在橋式起重機上的應用

1、1引言起重機在工礦企業(yè)有著廣泛應用，主要用來實現(xiàn)物體的升降和轉(zhuǎn)運。氧化鋁行業(yè)配送部包裝車間的橋式起重機，一臺設備每天進、出氧化鋁鋁粉量達2000多噸，使用頻繁，工作量巨大，而且環(huán)境惡劣(有堿性腐蝕粉塵。橋式起重機能否正常工作直接影響包裝車間生產(chǎn)效率和任務的完成，甚至關系到人身、設備的安全。2問題的提出我廠配送部包裝車間原使用的橋式起重機的拖動系統(tǒng)采用繞線式交流異步電動機，轉(zhuǎn)子回路內(nèi)串入多級外接電阻來分級調(diào)速，采用凸輪控制器、繼電器接觸器控制，這種調(diào)速方式實現(xiàn)簡單，但是存在諸多缺點:(1繞線型轉(zhuǎn)子串電阻的調(diào)速機械特性軟，調(diào)速性能差;(2串電阻調(diào)速是一種有級調(diào)速方式，通過接觸器的分合完成對轉(zhuǎn)子串聯(lián)

2、電阻的切換，從而調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速，在進行電阻切換時會對電網(wǎng)及天車的機械部分帶來不可避免的沖擊;(3主回路中采用正反轉(zhuǎn)接觸器實現(xiàn)電機換向，實際操作中操作者為了調(diào)整橋式起重機的工作狀態(tài)，頻繁采用反接制動(俗稱打反車，切換電流大，接觸器和電機工作狀態(tài)惡劣，設備檢修維護費用非常高;(4起重機起動、調(diào)速時轉(zhuǎn)子所串電阻為純耗能元件，浪費大量電能。另外，由于調(diào)速電阻的限制，調(diào)速范圍窄，起動轉(zhuǎn)矩小，延長了起動時間，影響生產(chǎn)效率;(5系統(tǒng)抱閘是在運動狀態(tài)下進行的，對制動器損壞很大，閘皮磨損嚴重。針對實際生產(chǎn)中存在的問題，決定對包裝車間橋式起重機實施由新型聯(lián)動控制臺、plc 和高性能變頻調(diào)速裝置組成的整體技術改造解

3、決方案。3系統(tǒng)改造方案的實施3.1系統(tǒng)的配置包裝車間橋式起重機的電氣傳動系統(tǒng)有大車電動機7.5kw×2臺，小車電動機2.2kw×1臺，卷揚電動機15kw×1臺。實施的技術改造方案采用3臺變頻器控制4臺電機，其中卷揚電動機和小車電動機分別用一臺acs800-01-0040-3和acs800-01-0005-3變頻器驅(qū)動，大車兩臺電動機則用一臺acs800-01-0030-3變頻器驅(qū)動，實現(xiàn)同步運行，每臺變頻器配置了能耗制動組件，實現(xiàn)位置勢能和制動能量的消耗。系統(tǒng)配置了siemens s7-200小型可編程序控制器構成整個控制系統(tǒng)的中心，配置新型聯(lián)動控制臺替換原有凸輪

4、控制器，實現(xiàn)系統(tǒng)運行操作。系統(tǒng)配置圖如圖1所示: 圖1系統(tǒng)配置圖起重機的電氣傳動控制系統(tǒng)主要由abb acs800系列變頻器、西門子plc 控制系統(tǒng)和聯(lián)動操作臺組成，通過plc 控制系統(tǒng)處理聯(lián)動操作臺的速度給定信號，調(diào)節(jié)變頻器的輸出相序和頻率來控制驅(qū)動電機的方向和轉(zhuǎn)速，取代原來的傳統(tǒng)繞線型轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)。其中大小車系統(tǒng)結(jié)構圖如圖2所示，卷揚系統(tǒng)結(jié)構圖如圖3所示。 圖2大車、小車變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構圖 圖3卷揚變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構圖3.2控制系統(tǒng)的主要特點(1原4臺交流繞線異步電動機轉(zhuǎn)子中心點直接短接，所有轉(zhuǎn)子回路的電纜、電阻器、頻敏變阻器及接觸器全部取消。(2在行車上裝3個不銹鋼控制柜，防護等

5、級為ip54。卷揚變頻控制柜一個，大、小車變頻plc控制柜一個，制動電阻柜一個，不銹鋼柜實現(xiàn)了防腐、防潮、防塵目的，以適應氧化鋁行業(yè)有腐蝕性粉塵的惡劣工作環(huán)境的要求。(3變頻器選用abb acs800系列高性能變頻器，控制卷揚電機的變頻器系統(tǒng)軟件采用提升機應用宏，控制大、小車電機的變頻器系統(tǒng)軟件選用標準應用宏。(4plc 選用siemens s7200系列，控制手柄向plc 發(fā)出的開、停、快、慢、提升、下放等指令，相應的plc 發(fā)出指令控制變頻器的正反轉(zhuǎn)和各種速度，以達到橋式起重機的最佳控制狀態(tài)。(5變頻器產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩時，電機從負載接受機械能，將它變?yōu)殡娔芩腿胱冾l器，導致直流電壓升高，此時變頻

6、器必須處理這部分能量，否則由于直流回路的電容被過充電，過壓保護動作將使其運轉(zhuǎn)停止，所以在變頻器直流回路中設置制動單元和制動電阻，將吊車在下降制動過程中釋放出的能量消耗在制動電阻上。(6plc 根據(jù)控制程序、輸入控制信號及提升、下放等指令，完成吊車的各種工況的協(xié)調(diào)和控制。(7聯(lián)動控制臺有二個，多檔速度控制。卷揚聯(lián)動控制臺:卷揚獨立控制單手柄操作，具有提升快、中、慢三檔速度，下放快、中、慢三檔速度，以及停車等項功能。大、小車聯(lián)動控制臺:大、小車共用一個手柄操作，為全方位操作手柄，可以同時控制大、小車，也均具有快、中、慢及停車控制等項功能。3.3系統(tǒng)故障保護和故障診斷主要特點變頻器具備對電機和變頻器

7、本身的完善保護功能，如過熱、過載、過流、過壓、缺相、接地等，從而避免設備在不正常狀態(tài)下長時間運行，保護設備不至于損壞。故障信息除可以準確地指示故障點以外，還顯示導致故障的原因及排除故障的措施，極大地方便了維護人員排除故障。運行中發(fā)生故障停止運轉(zhuǎn)后復位操作也很簡單，只要在排除故障后按下故障復位就可以。4改造后控制系統(tǒng)達到的實際效果(1采用變頻調(diào)速改造后，實現(xiàn)了平滑調(diào)速，且效率極高，與原有串電阻調(diào)速方式比較，起動更平穩(wěn)、定位更準確;(2系統(tǒng)由控制手柄來控制變頻器的輸出，調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，操作方便，調(diào)速范圍寬，可任意設置運行速度;(3系統(tǒng)中選用了abb 變頻器及專用提升機應用宏，實現(xiàn)了變頻器在零速時的滿轉(zhuǎn)矩輸出(最高可達到額定轉(zhuǎn)矩的300%和內(nèi)部集成的抱閘邏輯控制，提高了系統(tǒng)應用的穩(wěn)定性和可靠性;(4卷揚、大小車起動、制動、加速、減速等過程更平穩(wěn)快速，定位更準確，節(jié)能效果明顯，根據(jù)測試節(jié)電率可達35%;(5控制回路簡單，實現(xiàn)了軟啟、軟停，對齒輪、電機無沖擊，故障率低，易于維護，大大減少維護費用;(6由于系統(tǒng)留有進一步功能擴展的接口，今后可根據(jù)實際需要擴展無線遙控、現(xiàn)場總線通訊等功能;(7從改造后投運的1包裝車間的2臺橋式起重機的狀況來看，很好的解決了電機的起動、停止時的沖擊電流，加上變