【深度】谈谈变频器在起重机的运用

一、阐述随着我国建筑业的大大发展，建筑施工机械化水平的大大提升，对塔机的生产质量和整机技术水平的拒绝也更加低。塔机的各个传动机构所使用的方式、控制系统的技术水平、用户的可操作性和可维护性基本上就反映了整个塔机的技术水平和档次。

而在这几个机构中，尤为最重要也是最具备技术代表性的是起升机构，它掌控功率仅次于、调压范围最长、出有故障后的修理可玩性也仅次于。而且该系统在自排过程所产生的机械冲击的大小将直接影响塔机结构件的疲惫受损程度。为了改良其性能，国内各主机生产商在起升机构的调压控制技术上已花上了许多工夫，获得了突飞猛进的变革。

从整体上看，绝大多数使用的是传统的单电机传动，以带上涡流制动器的绕线式电机和多极电机调压的方案居多。这些传统的调压方案，要想要超过较宽的调压范围，其途径不外乎设计生产大功率、长调压范围的非标电机，如：使用带上涡流制动器的多极绕线式电机或制作大极差的多速电机等。

由于塔机起升机构所必须的较高调压拒绝不但给电机生产厂商带给了较多的质量掌控难题，而且也减少了掌控电路和电机的生产成本，减少了系统可靠性。更有甚者，随着用户对塔机的起吊能力拒绝更加大，传统掌控方式早已更加感觉到力不从心，不论是上述技术的可实现性，其生产成本以及使用性能等方面也不存在一些问题。所以，我们被迫谋求更加理想的新的调压控制技术。鉴于以上的原因，国内外的专业生产商在塔机的起升调压方式上展开了较多的新技术应用于尝试，比如：使用多极电机的调压调压，引入变频调压等。

渐渐地，随着变频技术的大大发展，大大地被人们了解，它以意味著的优势打破了其他的任何调压方案，其优点数不胜数，如：零速抱闸，对制动器无磨损；给定较低的所在之处速度，可用作准确吊装；速度的光滑过渡性，对机构和结构件无冲击，提升了塔机的运营安全性；极低的低速电流，减低了用户电网配套的开销；完全给定长的调压范围，提升了塔机的工作效率；节约能源的调压方式，增加了系统运营能耗；单速的鼠笼电动机确保了机构的运营可靠性厖。正是因为这些显著的特点和优势，国外的塔机制造商所发售的新一代塔机的起升机构也大多使用变频调压方案，如POTAIN，LIEBHERR等世界知名公司。同时我们指出，随着变频器价格的大大减少，可靠性大大提升，变频技术一定能在塔机上获得广泛应用，这将对产品的安全性运营和增加运营能耗都有最重要的意义。为了普及变频技术，加剧对变频调压方案的理解，本文将对变频技术在塔机起升机构上的应用于不作一探究。

二、常规变频起升机构1．结构讲解变频调压技术在塔机各传动机构的应用于在我国早已有将近10年的时间，虽然获得了一些顺利的应用于经验，并且也有不少的变频起升机构现在正在工地长时间运营，但与其他行业比起，变频调压技术在塔机上的应用于还相比之下并未超过理应的程度，其中有成本的原因，也有技术的原因。国内和国外目前所使用的典型方案，从技术上来讲，大同小异，不同点在于：（1）变频器的品牌有所不同，其使用的掌控电路有所不同；（2）系统是开环（不带上PG）或者是闭环（带上PG）（3）机械结构的形式的不一样：L型布置、п型布置或一字型布置等；（4）减速机的类型不一样，如：圆柱齿轮减速机或行星减速机；是以定速比或可自排比等。就传动控制技术而言，以上所述差异未牵涉到掌控方式的转变，皆为使用一台变频器掌控一台电动机展开调压的典型模式，也故称其为常规变频起升机构。在所有的这些常规变频机构中，LIEBHERR公司在EC-H型塔机上组装的变频起升机构的特点尤为引人注目，它使用250V电动机和与之给定的变频器，配备可自排比的减速机，L型布置。

该方案不具备较好的起升速度特性，其缺点是系统成本高，而且部件通用性劣。2．常规变频起升机构的设计要点（1）电动机极数和功率的校核当起升机构的基本参数（如：仅次于起重量、最低工作速度等）等价后，就要对电动机的极数和功率展开确认和计算出来，其设计要点是：a）电动机输入扭矩不应大于3000并转/分（由减速机输出级的工作扭矩容许）；b）系统最低工作频率不应大于100Hz（频率越高，电动机的损耗功率就越大，将毁坏恒功率特性，起吊能力大幅度降低而无实际应用于价值）；c）电动机额定转矩用作校核仅次于起重量（考虑到总传动比、效率、倍率等）；d）电动机的额定功率用作校核高速时的起重量（考虑到总传动比、效率、倍率等，如果频率相似100Hz，不应考虑到有效地功率减少10～15％）。

在自由选择电机功率时，根据以上的条件就能基本确认减速机的减速比与电动机功率和极数。（2）电控系统的设计a）变频器的挑选当系统的电动机确认后，就可著手展开控制系统的设计。首先是变频器的选型。现在市场上的国内外变频器品牌不少，掌控水平和可靠性差异较小，技术上大体可分成V/F掌控、矢量掌控和DTC必要转矩掌控三种。

用作塔机的起升机构，建议最差搭配具备矢量掌控功能或者是具备DTC必要转矩掌控功能的变频器，这样的变频器品牌较多，设计者可根据自己的熟知程度、技术支持力度、其他行业厂的用于情况等因素来自由选择。由于变频器品牌的有所不同，完全相同功率下变频器的短路能力和额定电流值也不完全一致。

所以，自由选择变频器容量时，不单要看额定功率的大小，还要校核额定工作电流否小于或者相等电动机的额定电流，一般的经验是自由选择变频器的功率小于电动机功率10～30％左右。b）能耗电阻的挑选作为起器重变频系统，其设计的重点在于电动机正处于期望制动器状态下的系统可靠性，因为这种系统出有故障往往都再次发生在重物下降时的工况，如拦钩、肇事、过压等。也就是说重物上升工况时变频系统的性能优劣将直接影响整个起升机构能否安全性运营。

这就拒绝设计人员确切地理解变频传动系统的期望工作过程，才能做心中有数。大部分变频器的产品解释中，对如何自由选择能耗电阻的电阻值和功率并没十分确切的叙述，而且往往按其引荐的标准配置并无法几乎符合起重工况的拒绝，同时有关这方面阐述的文章也不多见，所以在变频起重控制系统的设计中，电阻参数自由选择变得有些恐慌。

本文将对电机工作在期望制动器状态时系统的工作机理展开定性的分析，读者可以通过这些分析更进一步获得有关电阻参数的计算方法。①电阻值的挑选基本可以按变频器样本得出的参数确认，基本原则是，考虑到直流电路的电压（重物上升工况时将多达600VDC）情况下，电阻上的电流不多达变频器的额定电流。②电阻功率的挑选要精确地自由选择电阻的功率是十分最重要的，若自由选择过于大，不会减少系统成本，太小就不会导致运营的不可信。

但要合理精确地自由选择能耗电阻的功率是一个较烦琐的事，影响该参数的因素较多，如：电机功率大小、减速机偏移效率、上升运行时间长短、负加速度的大小、滑行运行时间以及传动部件的转动惯量等都会影响到电阻功率的挑选。所以，我们得首先从分析系统在上升工况的工作过程，从而获得电阻功率的确认方法。重物的上升功率是经“传动部件”、“电动机”（此时正处于发电状态）、变频器内的偏移整流电路再行由制动器单元而传送到“电阻R”上的，如果传动环节的偏移效率就越较低，电阻上消耗的功率就就越小。

于是有：“电阻R”痉挛消耗功率+传送路径上消耗的功率=重物上升的功率更进一步还可获得电阻消耗功率P的表达式：在直线运动下降时稳态功耗：Pe=ωm×Me×δ①式中：δ是传动系统的偏移效率减速时的峰值功耗：Pm=Pe+δ×J×（ωm-ωd）/Ta②式中：J是传动系统的转动惯量融合式①和式②有：当起升机构运营在额定功率状态并高速下降时，如果此时得出滑行指令，在滑行的初期，电阻的消耗功率将超过最大值；过短的减速时间，将导致在电阻上的消耗功率峰值下降；系统的转动惯量和载荷越大，减速时的制动器转矩就越高，也不会导致在电阻上消耗功率的峰值下降；当传动系统的机械效率就越较低，电阻消耗功率也就越较低。可见，要精确地计算出来电阻消耗功率，就必需告诉传动系统中各个部件的转动惯量、滑行点对应的接续工作速度和完结工作速度、滑行过程的时间长短以及系统载荷大小等。

要确认这些参数的准确值，在系统设计初期是有一定可玩性的，其一，在产品未完成前，无法精确测量或计算出来各传动部件的转动惯量；其二，在实际用于中，系统的滑行特征是不会随现场的必须而转变的。所以大多情况下，电阻功率都并未不作严苛计算出来。

经验的给定一般是电机功率的40～70％之间，减速机的偏移效率较低时，可以搭配较小的电阻功率。只要充份理解了变频系统的滑行过程的工作状态，就可以根据所设计系统的实际工作展现出来修正电阻参数。c）掌控方案的确认首先是系统使用开环或闭环控制的自由选择，笔者指出，一般的塔机起升机构可以使用开环掌控方式，那些对速度控制精度拒绝较高的情况才要考虑到闭环控制。

如果要包含闭环系统，一定要有PG（编码器）、检测电路和连接线。这些环节增大了加装的复杂性；减少了系统成本；更加最重要的是减少了系统的可靠性，因为在闭环系统中，对系统电路任何细小的差错有可能导致系统失调。

其次是速度等价方式的挑选，绝大多数的变频器都有多种速度输出方式，如多级电源量输出方式和模拟量等价方式，不少品牌的变频器还不具备有总线通信接口。对于常规变频起升机构，大多使用电源量作为速度等价，有所不同在于是使用PLC还是继电逻辑掌控。笔者指出，尤为简练的系统结构应当是由PLC与变频器通信接口传送速度与控制指令，这样，控制柜内的连接线最多。

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